بررسی تاثیر نوع فرایند اختلاط بر خواص فیزیکی و مکانیکی چوب پلاست نرمه ام دی اف-پلی­ پروپیلن

پژوهش: آرش چاوشی

بخش دوم

(این پژوهش در 3 بخش ارائه میگردد و ترتیب خواندن اهمیت دارد)

پیشینه پژوهش در مورد چوب پلاست

Bledzki و Faruk چوب پلاست ­های ساخته شده به روش قالب گیری تزریقی (IM) و اکسترودر، با ترکیب 30 درصد وزنی از ذرات چوب پهن برگ و ماتریس پلیمری پلی­اتیلن را با هم مقایسه کردند. نمونه­ های چوب پلاست­های قالب‎گیری تزریقی (IM) تولید شده، استحکام کششي مخصوص بالاتری داشتند اما مدول‌های الاستیسیته (MOE) آنها یکسان بودند. با این وجود، در این مطالعه، دانسیته چوب پلاست برای هردو فرایند مشابه بود (Bledzki & Faruk, 2004).

Clemons و  Ibach ویژگی جذب سطحی را در چوب پلاست­های با ترکیب 50 درصد از آرد چوب کاج (مش 40) و پلی ­اتیلن دانسیته بالا (HDPE) ساخته شده با روش اکسترود کردن و قالب‎گیری تزریقی (IM) را با یگدیگر مقایسه کردند. نمونه‎های اکسترود شده غوطه­ور در آب، جذب آب و واکشیدگی بیشتری نسبت به روش قالب گیری تزریقی (IM) داشتند. و چون چوب پلاست قالب‎گیری تزریقی (IM) دانسیته بالاتری داشت، روند معکوس مورد انتظار بود .(Clemons & Ibach, 2004)

با توجه به اهمیت ماده لیگنوسلولزی مصرفی و نوع روش ساخت چوب پلاست­های چوب-پلاستیک، و همچنین اهمیت کاهش هزینه­های تولیدی در صنعت، در پژوهش حاضر به بررسی نوع روش اختلاط در ساخت چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن پرداخته شده است.

1. مواد و روش­ های تولید چوب پلاست

2-1 مواد چوب پلاست

ماده لیگنوسلولزی مورد استفاده در این پژوهش برای ساخت چوب پلاست نرمه حاصل از سمباده­زنی سطح تخته­ های MDF می­باشد که از کارخانه آرین سینا واقع در شهرک صنعتی ساری تهیه گردیدند. برای ساخت چوب پلاست از پلی­پروپیلن (PP) درجه V30S به عنوان ماده ترموپلاستیک با شاخص مذاب min10/ g18 از صنایع پتروشیمی اراک تهیه و مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلی­پروپیلن (MAPP) برای ساخت چوب پلاست به میزان 4% وزنی به عنوان عامل جفت­کننده با نام تجاری PP-G 101 ساخت شرکت کیمیا جاوید سپاهان (اصفهان) استفاده شد.

جدول 1- مشخصات تیمار و سطوح متغیر نمونه های چوب پلاست

(روش خشک – مخلوط)

تیمار	نرمه MDF (%)	PP (%)	MAPP (%)
T1	40%	56%	4%
T2	50%	46%	4%
T3	60%	36%	4%

جدول 2- مشخصات تیمار و سطوح متغیر (روش ذوب – مخلوط)

تیمار	نرمه MDF (%)	PP (%)	MAPP (%)
T1	40%	56%	4%
T2	50%	46%	4%
T3	60%	36%	4%

2-1-1 آماده سازی نرمه MDF

برای ساخت چوب پلاست پس از تهیه نرمه‎ها، به منظور رسیدن رطوبت آنها به رطوبت مورد نظر (صفر درصد)، به مدت 24 ساعت با دمای С°2 ±100 در آون قرار داده شدند و سپس در کیسه­های پلاستیکی بسته­بندی شدند. نرمه­های MDF به همان صورت که از کارخانه تهیه شده بودند مورد استفاده قرار گرفتند و نیاز به مش­بندی ابعاد آنها نبود.

2-2 روش تولید چوب پلاست

2-2-1 روش اختلاط مواد اولیه برای ساخت چوب پلاست

روش ذوب- مخلوط: برای ساخت چوب پلاست نرمه­ های MDF  خشك شده و پلي­پروپیلن­­ (به صورت گرانول) مورد نياز براي هر تركيب توسط يك دستگاه اكسترودر دو ماردونه ناهمسو گرد مدل (چوب پلاست – 4815) ساخت شرکت برنا پارس مهر، با هم مخلوط شدند و پس از اختلاط، توسط آسياب آزمایشگاهی به پودر تبديل شدند. پودرها قبل از مرحله پرس گرم در آون با دماي 80 درجه سانتيگراد و به مدت 24 ساعت خشك شدند.

روش خشك- مخلوط: برای ساخت چوب پلاست در اين روش ابتدا گرانول­هاي پلي­پروپیلن با ابعاد 40 مش­بندی شدند. نرمه­هایMDF  كاملا خشك و مواد آماده شده برای هر تیمار با استفاده از ترازوی آزمایشگاهی با دقت 001/0 توزین شد. جهت ساخت نمونه­ها، مواد توزین شده برای هر تیمار قبل از پروسه ساخت نمونه­ها، به مدت 10 دقیقه مخلوط گردیدند تا فاز ماتریکس و فاز پرکننده به صورت بهینه با یکدیگر آمیخته شوند.

2-2-2 ساخت نمونه­ های چوب پلاست

برای ساخت چوب پلاست دمای مورد استفاده جهت ساخت نمونه­ها 190 درجه سانتی‌گراد و فشار ویژه پرس 30 بار انتخاب گردید. مدت زمان پرس گرم 15 دقیقه تعیین شد. 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 و در دمای 190 درجه سانتی گراد پرس گردیدند. در ادامه ساخت نمونه های چوب پلاست 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. پس از اتمام مراحل پرس گرم، نمونه­های چوب پلاست برای جلوگیری از نوسانات ضخامت، در بین چهار گیره دستی به مدت چند ساعت قرار گرفتند. نمونه­های چوب پلاست در قالب­های فلزی با ابعاد داخلی 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 تهیه شدند.

2-2-2 تهیه نمونه ­های آزمون چوب پلاست

در ادامه چوب پلاست های ساخته شده برای تهیه نمونه­های چوب پلاست خمش و کشش و نیز نمونه­های چوب پلاست مقاومت­ به اتصال پیچ و میخ از استاندارد (CEN/TS 15534–1:2007) استفاده شد، نمونه­های خمشی و کششی در ابعاد cm1cm×2cm×17 و نمونه­های چوب پلاست مقاومت­ به اتصال پیچ و میخ در ابعاد  cm1cm×5cm ×5 با توجه به استاندارد مورد نظر تهیه شدند (British Standard. 2007). جهت بررسی این خصوصیات مکانیکی چوب پلاست از دستگاه INSTRON-4486 استفاده شد. خواص فیزیکی چوب پلاست های مورد بررسی در این تحقیق مطابق با آیین­نامهD-1037  استاندارد ASTM انجام گرفت.

2-2-3 آنالیز آماری داده­های بدست آمده

به منظور آنالیز آماری داده­های حاصل از نتایج آزمایش، نرم افزار PASW Statistics 18 ((SPSS18 مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش از آنالیز تجزیه واریانس یک طرفه (One-Way ANOVA) براي بررسي اختلاف بين سطوح مختلف نرمه MDF استفاده گردید. همچنین به منظور مقایسۀ نوع فرایند ساخت (ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط) از آزمون  t (Independent-Samples T test) استفاده شد.

2. نتایج چوب پلاست

3-1 خصوصیات مکانیکی چوب پلاست

3-1-1 مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) به عنوان خصوصیات چوب پلاست

با توجه به شکل شماره (1) مشخص است که درصدهای مختلف نرمه MDF در مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) مورد بررسی تاثیر دارند. در چوب پلاست های تهیه شده تاثیر نرمه MDF بدین صورت می­باشد که بیشترین مقاومت در سطح 40 درصد وزنی نرمه MDF حاصل می‌شود. با افزایش این مقدار، مقاومت­ها کاهش پیدا می­کنند. در چوب پلاست های تهیه شده همچنین با توجه شکل شماره (1)، مشاهده می­شود که میزان مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) نمونه­های چوب پلاست در روش ذوب- مخلوط نسبت به روش خشک- مخلوط به مقدار جزئی بیشتر است که این تغیر مقاومتی در سطح 60 درصدی نرمه MDF در میزان MOR بیشترین اختلاف را دارد.

 

شکل 1- تاثیر نوع روش ساخت در سطوح مختلف نرمه MDF بر میزان MOE و MOR نمونه های چوب پلاست

3-1-2 مدول الاستیسیته کششی و مقاومت کششی به عنوان خصوصیات چوب پلاست

در چوب پلاست های تهیه شده همان طور كه در شكل (2) و (3) ملاحظه مي­شود با افزايش درصد وزنی نرمه MDF از 40 درصد به 60 درصد، میزان مدول الاستيسيته کششی و مقاومت کششی در هر دو روش اختلاط کاهش مي­يابد. علاوه بر اين ملاحظه مي­شود كه در تمامي چوب پلاست های تهیه شده تركيب­هاي مشابه مقدار مدول الاستيسيته کششی و مقاومت کششی مواد مركب ساخته شده به روش ذوب- مخلوط از روش خشك- مخلوط بيشتر است.

شکل 2 و 3- تاثیر نوع روش ساخت در سطوح مختلف نرمه MDF بر میزان مدول و مقاومت کششی نمونه های چوب پلاست

3-1-3 قدرت نگهداری پیچ و میخ به عنوان خصوصیات چوب پلاست

براساس نتايج آزمون آماري t كه نمونه­های چوب پلاست چوب پلاست­های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و چوب پلاست­های ساخته شده با روش خشک- مخلوط با يكديگر مقايسه شدند مشخص گرديد، اختلاف معني‌داري در افزايش قدرت نگهداری پیچ و میخ بين نمونه­های چوب پلاست چوب پلاست­های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط وجود ندارد. در جدول 3 نتايج آماري آزمون t بين روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط آمده است.

جدول 3- نتايج آزمون t جهت مقايسه قدرت نگهداری پیچ و میخ بين چوب پلاست های ساخته شده با روش ذوب- مخلوط و خشک- مخلوط

میانگین گروه 1 (ذوب- مخلوط)		میانگین گروه 2 (خشک- مخلوط)		درجه آزادی		T		معنی­داری
پیچ	میخ	پیچ	میخ	پیچ	میخ	پیچ	میخ	پیچ	میخ
072/160	082/34	461/149	518/31	395/33	13/32	029/1	981/0	311/0	334/0

همان طور که در شکل شماره (4) و (5) مشخص است، در چوب پلاست­های ساخته شده بیشترین مقاومت­ها در سطوح وزنی 40% نرمه­های MDF حاصل گردیده است. که در  هر دو روش اختلاط، با افزایش این میزان شاهد کاهش مقاومت­ها هستیم. همچنین در چوب پلاست­های ساخته شده در تمامي تركيب­هاي مشابه مقدار قدرت نگهداری پیچ و میخ مواد مركب ساخته شده به روش ذوب- مخلوط از روش خشك- مخلوط تا حدودی بيشتر است.

شکل4 و 5- تاثیر نوع روش ساخت در سطوح مختلف نرمه MDF بر میزان قدرت نگهداری پیچ و میخ نمونه های چوب پلاست