بررسی خصوصیات مکانیکی چوب پلاست ساخته شده با پودر آلومینیوم، نرمه ام دی اف و پلی پروپیلن
پژوهش: آرش چاوشی
بخش اول
(این پژوهش در 2 بخش ارائه میگردد و ترتیب خواندن اهمیت دارد)
چکیده:
در این پژوهش اثر استفاده از پودر آلومینیوم بر خواص مکانیکی چوب پلاست حاصل از نرمه سمبادهزنیMDF و ماده ترموپلاستیک پلیپروپیلن مورد بررسی قرار گرفت. پودر آلومینیوم در ابعاد کمتر از 250 میکرون تهیه گردید، همچنین از پلی پروپیلن به عنوان ماده ترموپلاستیک (ماده زمینه) استفاده شد. مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلیپروپیلن (MAPP) نیز به عنوان عامل جفتکننده مورد استفاده قرار گرفت. به منظور ساخت نمونههای چوب پلاست از روش پرس گرم و بصورت قالبگیری[1] استفاده شد. در مجموع 36 تخته با دانسیته اسمی gr/cm31 در ابعادcm 1×cm20×cm30 تهیه شدند.
در ادامه چوب پلاست های ساخته شده برای تعادل رطوبتی به مدت 3 هفته در محیط قرار گرفتند. سپس به منظور بررسی خصوصیات مکانیکی نمونههای چوب پلاست از استاندارد (CEN/TS15534–1:2007) استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی نرمه سمبادهزنی MDF، مقاومت خمشی، کششی و مقاومت به اتصال پیچ و میخ نمونههای چوب پلاست کاهش و همچنین با افزایش درصد وزنی پودر آلومینیوم نیز این مقاومت ها کاهش پیدا کردند. بیشترین مقاومتها در تیمارهای شاهد (0% پودر آلومینیوم) حاصل گردید.
کلمات کلیدی: چوب پلاست، پودر آلومینیوم، نرمه سمباده زنی MDF، مقاومت به اتصال پیچ و میخ، مقاومت خمشی و کششی
-
مقدمه چوب پلاست
تخته های چوب پلاست فراوردههای اکسترود شده یا قالبیاند و شکل معینی دارند و طبق تعریف، پلاستیک های پر شده با الیاف سلولزی و مواد دیگر هستند. موادی که هم اکنون به عنوان WPC شناخته شدهاند، نخستین بار در دهۀ 1960 با نام ترکیبات قالبی گرماگیر ظهور پیدا کردند [1]. چوب پلاست های ترموپلاستیک نقش مهمی را در جامعه بازی میکند و در مواردی چون وسایل آشپزخانه تا اجزای شاتلهای فضایی مورد استفاده قرار میگیرند [7].
در ساخت اين چوب پلاست ها محدوده وسيعي از پليمرها مانند پروپيلن، پلياتيلن، پليوينيلكلرايد، پلياستر و غیره به همراه پركنندههاي سلولزي شامل پودر و الياف حاصل از مواد چوبي، پودر و الياف حاصل از بقاياي محصولات كشاورزي و ضايعات حاصل از انواع كاغذها قابل استفاده ميباشند .
[3] قیمت پلیمرها در دهۀ اخیر به علت افزایش مصرف و تقاضای بالا به سرعت افزایش یافته است [11] و در نتیجه این افزایش قیمت پلیمرها، باعث افزایش قیمت چوب پلاست ها ی خواهد شد. به دنبال افزايش نسبي قيمت پلاستيكها در چندين سال گذشته، افزودن الياف و پركنندههاي طبيعي به منظور كاهش هزينهها در صنعت پلاستيك و در برخي موارد افزايش توليد، مورد توجه قرار گرفت. به علاوه استفاده از اين مواد مزاياي ديگري نيز نسبت به پركنندههاي معدني (رس، تالك، آهك و…) و الياف مصنوعي (شيشه، كربن و…) دارند كه عبارتند از قيمت پايين، دانسيته كم، قابليت پركنندگي زياد، دسترسي به انواع گوناگوني از الياف در سرتاسر جهان، قابليت تخريب بيولوژيكي در طبيعت، ضريب انبساط حرارتي كم، تجديد شوندگي، عدم سايش ماشين آلات و عدم توليد مواد سمي بعد از سوختن [15,14].
از این رو در ساخت این نوع چوب پلاست ها استفاده از ماده لیگنوسلولزی ارزان قیمت میتوان راهکاری در تولید مقرون به صرفه این محصول باشد. لذا استفاده از نرمه امدیاف از آن جهت که جزء ضایعات کارخانههای امدیاف است و در اکثر موارد صاحبان صنایع تنها راه رهایی از این نوع مواد را آتش زدن آن میدانند، میتواند به عنوان ماده اولیه ارزان قیمت و در دسترس صنایع چوب و پلاستیک قرار بگیرد. در پژوهش پیشِ روی به بررسی تاثیر استفاده از پودر آلومینیوم در خصوصیات مکانیکی چوب پلاست نرمه امدیاف-پلیپروپیلن پرداخته شده است.
سابقه تحقیق چوب پلاست
چوب پلاست های فلز-پلیمری که ویژگیهای فلزها و پلیمرها را با هم دارند، و نیز پلیمرها، موضوع تحقیقات وسیعی در دو دهۀ اخیر بودهاند. ساختار و ویژگیهای مورد نظر، انواع مختلفی از پرکنندهها و افزودنیها را در میان ماتریس پلیمر برای بهبود رسانایی گرمایی و الکتریکی و سفت شدن ماتریس مطرح میکنند [6,2]. از آن جمله میتوان به تحقیق Chang Heon Kang و همکاران(2010) اشاره کرد که به بررسی خصوصیات چوب پلاست های پلیپروپیلن حاوی تکههای کوچک آلومینیوم و نانو لولههای کربنی چند دیواهای پرداختهاند، نتایج آنها نشان داد که استفاده از 10% ذرات آلومینیوم به بالا مدول کششی را افزایش و در درصدهای 30% و 50% مقاومت کششی کاهش مییابد [5].
همچنین در تحقیقی دیگر در زمینه استفاده از تقویت کنندههای فلزی در ماتریکس پلیمری، استفاده از سه سطح 5، 10 و 15 درصد حجمی پودر آهن و پلیاتیلن دانسیته بالا (HDPE) بعنوان ماتریس پلیمری برای آمادهسازی چوب پلاست های ماتریس فلز-پلیمر استفاده شد. که نتایج کاهش مقاومت کششی با افزایش تکههای آهن را بیان کرد[2] .
در تحقیقات دیگری به بررسی خصوصیات مکانیکی چوب پلاست ساخته شده از ضایعات حاصل از تخته فیبر و تخته خرده چوب پرداخته شده است که نتایج تحقیقات نشان میدهد که با افزایش درصد استفاده از مواد پرکننده (ضایعات تخته فیبر و تخته خرده چوب) مقاومت اتصالات پیچ و میخ کاهش پیدا کرده است [8]. در تحقیق دیگری که توسط علیاکبر رامتین و همکاران (1388) صورت گرفت، به بررسی تاثیر استفاده از نرمههای حاصل از سمبادهزنی سطح تختهخردهچوب همراه با پلیپروپیلن پرداخته شد، محققین در چوب پلاست مورد نظر از سه سطح وزنی 40، 55 و 70 درصد نرمههای حاصل از سمباده زنی سطح تختهخردهچوب استفاده کردند.
سپس خواص مکانیکی کشش، خمش و ضربه اندازهگیری شد. نتایج نشان داد افزایش پرکننده سبب کاهش تنش کششی، کرنش کششی، تنش خمشی و مقاومت به ضربه میگردد [12].
معدني پور و همکاران (1386)، در مطالعهای از ضايعات خاك اره MDF به عنوان تقويت كننده پلياتيلن با دانسيته بالا، به منظور توليد فرآورده چوب پلاست استفاده کردند. نتايج حاصل نشان داد كه مقاومت خمشي، مدول خمشي، مقاومت كششي با افزايش درصد تقويت كننده تا 40 درصد و ابعاد تقويت كننده تا مش 100، افزايش يافته است. همچنين مقاومت به ضربه فاقدار در 10 درصد تقويت كننده و اندازه مش 40، بيشترين مقدار را داشته است [9]. بدین جهت در مطالعه پیش روی به بررسی تاثیر استفاده از پودر آلومینیوم در خصوصیات مکانیکی چوب پلاست نرمه امدیاف-پلیپروپیلن پرداخته شده است.
-
مواد و روشها تولید چوب پلاست
2-1 مواد تولید چوب پلاست
در این پژوهش برای ساخت چوب پلاست از نرمه امدیاف حاصل از سمباده زنی سطح MDF، تهیه شده از کارخانه آرین سینا واقع در شهرک صنعتی ساری، در سه سطح وزنی 40، 50 و 60 درصد به عنوان ماده لیگنوسلولزی استفاده شد. همچنین پلیپروپیلن (PP) درجه V30S به عنوان ماده ترموپلاستیک با شاخص مذاب min10/ g18 از صنایع پتروشیمی اراک تهیه و مورد استفاده قرار گرفت.
در این پژوهش پودر آلومینیوم با ابعاد کمتر از 250 میکرون با خلوص 99% در سه سطح وزنی 5%، 10% و 15% به عنوان ماده افزودنی برای بررسی و تاثیر بر روی خصوصیات مکانیکی چوب پلاست پودر آلومینیوم-نرمه امدیاف-پلیپروپیلن استفاده شد.
برای ساخت چوب پلاست همچنین از مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلیپروپیلن (MAPP) به میزان 4% وزنی به عنوان عامل جفتکننده با نام تجاریPP-G 101 ساخت شرکت کیمیا جاوید سپاهان اصفهان استفاده شد.
چوب پلاست پودر آلومینیوم-نرمه امدیاف-پلیپروپیلن در 12 تیمار و 3 تکرار ساخته شدند. ترکیب این چوب پلاست در جدول شماره (1) قابل مشاهده است.
جدول شماره (1): دانسیته و مشخصات تیمار و سطوح متغیر
تیمار | )g/cm3 دانسیته( | پودر آلومینیوم (%) | نرمه امدیاف(%) | PP (%) | MAPP (%) |
12 | 0.840.844 | 0% | 40% | 56% | 4% |
5% | 40% | 51% | 4% | ||
34 | 0.8490.847 | 10% | 40% | 46% | 4% |
15% | 40% | 41% | 4% | ||
5 | 0.83 | 0% | 50% | 46% | 4% |
6 | 0.80 | 5% | 50% | 41% | 4% |
7 | 0.840 | 10% | 50% | 36% | 4% |
8 | 0.832 | 15% | 50% | 31% | 4% |
9 | 0.82 | 0% | 60% | 36% | 4% |
10 | 0.842 | 5% | 60% | 31% | 4% |
11 | 0.842 | 10% | 60% | 26% | 4% |
12 | 0.822 | 15% | 60% | 21% | 4% |
2-1-1 آماده سازی نرمه امدیاف برای ساخت چوب پلاست
برای ساخت چوب پلاست پس از تهیه نرمههای امدیاف، به منظور رسیدن درصد رطوبت این مواد به درصد رطوبت مورد نظر، به مدت 24 ساعت با دمای С°2 ±100 در آون قرار گرفتند. سپس به منظور جلوگیری از جذب رطوبت، در کیسههای پلاستیکی بستهبندی شدند. نرمههای امدیاف در پروسه تولید چوب پلاست به همان صورت که از کارخانه تهیه گردیده بودند مورد استفاده قرار گرفت و نیازی به آسیاب کردن و مشبندی آنها نبود.
2-1-2 اختلاط مواد اولیه برای ساخت چوب پلاست
برای ساخت نمونههای چوب پلاست دانسیته اسمی g/cm31 در نظر گرفته شد. پس از آمادهسازی و تهیه مواد با توجه به تیمارهای در نظر گرفته شده و درصد اختلاط، مواد مورد استفاده از هر تیمار با استفاده از ترازوی آزمایشگاهی وزن گردیدند. جهت ساخت چوب پلاست ها، مواد توزین شده هر یک از تیمارها قبل از پروسه ساخت نمونهها، به مدت چند دقیقه مخلوط گردیدند تا فاز ماتریکس و فاز پرکننده به صورت بهینه با یکدیگر آمیخته شوند.
2-2 روش برای ساخت چوب پلاست
2-2-1 ساخت نمونه ها چوب پلاست
دمای مورد استفاده جهت ساخت چوب پلاست ها 190 درجه سانتیگراد و فشار ویژه پرس 30 بار انتخاب گردید. برای ساخت چوب پلاست مدت زمان پرس گرم 15 دقیقه تعیین شد. برای ساخت چوب پلاست روش انجام کار بدین صورت بود که پس از پیش پرس، نمونهها به پرس گرم منتقل و ابتدا به مدت 7 دقیقه با فشار ویژه 30 بار در دمای 190 درجه سانتی گراد پرس گردیدند.
سپس دهانه پرس به مدت 1 دقیقه باز گردید تا هوا و بخار محبوس شده از درون چوب پلاست خارج شود، سپس مجدداً دهانه پرس به مدت 7 دقیقه دیگر با همان فشار بسته شد[10]. پس از اتمام مراحل پرس گرم، نمونههای چوب پلاست برای جلوگیری از تلرانس ضخامت، در بین چهار گیره دستی به مدت چند ساعت قرار گرفتند. نمونههای چوب پلاست در قالبهای فلزی با ابعاد 30×20 سانتیمتر و ضخامت 1 سانتیمتر در پرس گرم تهیه شدند.
این قالب فلزی به منظور جلوگیری از روان شدن ماده پلیمری بر روی صفحه پرس پس از ذوب شدن پلیمر و همچنین کاهش میزان تلرانس ضخامت نمونههای چوب پلاست پودر آلومینیوم- نرمه امدیاف-پلیپروپیلن تهیه شدند (شکل شماره 1).
شکل (1): قالب فلزی و پرس ازمایشگاهی مورد استفاده در ساخت چوب پلاست پودر آلومینیوم- نرمه امدیاف-پلیپروپیلن
2-2-2 تهیه چوب پلاست آزمون
برای تهیه نمونههای آرمونی از استاندارد (CEN/TS 15534–1:2007) استفاده شد [4]. جهت بررسی این خصوصیات مکانیکی از دستگاه INSTRON-4486 ساخت کشور انگلستان استفاده شد.
2-3 آنالیز آماری داده های بدست آمده
به منظور آنالیز آماری دادههای حاصل از نتایج آزمایش نمونه های چوب پلاست، نرم افزار PASW Statistics 18 مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش از آنالیز فاکتوریل بر پایه طرح دو عاملی براي بررسي اختلاف بين سطوح عوامل مختلف و اثرات مستقل و متقابل هر عامل استفاده گردید. همچنين از آزمون مقايسه ميانگين چند دامنهاي دانكن جهت گروهبندي تيمارها و سطوح عوامل مختلف استفاده شد.
[1]– Bach
بدون دیدگاه