خواص فیزیکی در چوب پلاست

خواص چوب پلاست به عوامل مختلفی بستگی دارد. از جمله دانسیته. توليد صنعتي چوب پلاست بدون تخلخل و كاهش دانسيته در مقايسه با مقدار تئوري آن غير ممكن است. حتي مقادير ناچيز رطوبت چوب يا الياف سلولزي در دماي بالای مذاب داغ پلاستيك، بخار توليد مي‏كنند و بنابراين خلل و فرج به وجود مي‏آورند. تجزيه پلاستيك طي فرايند، تركيبات آلي فرار توليد مي‏كند و در نتيجه خلل و فرج ايجاد خواهد كرد. همچنین تجزيه مواد استخراجي چوب، تركيبات آلي فرار توليد مي‏كنند و بنابراين تخلل ايجاد خواهند كرد.

از سوی دیگر تجزيه ليگينن الياف چوب در دماي ذوب پلاستيك گاز دی اکسید کربن توليد مي‏كند كه عامل ايجاد تخلخل است. هرچه سرعت اكستروژن بيشتر باشد، سرعت تجزيه پلاستيك بيشتر است و تخلخل بيشتر خواهد بود. اكسترودرهاي مجهز به تهويه گاز دی اکسید کربن، تركيبات آلي فرار و بخار را خارج كرده و تخلخل را كاهش مي‏دهند و دانسيته چند سازه را به حداكثر مي‏رسانند.

با محاسبه حجم اجزای تشکیل دهنده چوب پلاست (WPC) و تقسیم وزن آنها بر حجم محاسبه شده، دانسیته تئوری به­ دست می­ آید. حال هرچه دانسیته محصول تولیدی به دانسیته تئوری نزدیک­تر باشد چوب پلاست از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بهتر است.

کاهش دانسیته در محصولات چوب پلاست

كاهش دانسيته (افزايش تخلخل) روي تمام خواص مهم چوب پلاست‏هاي چوب پلاست تاثير دارد. هرچه دانسيته كم‏تر باشد، مقاومت و مدول الاستیسیته خمشي هم كم‌تر خواهد بود. با افزایش تخلخل که ارتباط مستقيم با كاهش دانسیته آن دارد، نواحی در دسترس برای واكنش شيميايي اكسيژن فراهم مي‏كند. در بعدازظهر يك روز آفتابي گرم، وقتي دماي هوا، 32 درجه سانتیگراد باشد، سطح چوب پلاست كف­پوش سكو تا 60 و حتی در بعضی مناطق تا 71 درجه گرم می­شود و اكسيد شدن حرارتي پلاستيك تشدید می­شود. دانسيته بيشتر چوب پلاست به‏طوري موثر دسترسي اكسيژن را به دورن آن محدود و تخريب اكسایشی آن را کاهش می­دهد. از طرف دیگر، چوب پلاست‏هاي متخلخل چوب پلاست با دانسيته كم، به دلیل منافذ پر از اكسيژن، انتشار شعله تشدید خواهند كرد، طوری­که هرچه دانسيته ماده كم‌تر باشد، دماي اشتعال سطح آن كم‌تر خواهد بود.

دانسیته و جذب آب در محصولات چوب پلاست

دانسیته جذب آب چوب پلاست را نیز تحت تاثیر قرار می­دهد. بطوری­که هرچه تخلخل بیشتر باشد، به دلیل سطح در دسترس بیشتر، جذب آب در چوب پلاست نیز افزایش می­یابد. هرچه دانسيته بالاتر باشد، مقدار رطوبت، واكشيدگي و كمانش، نفوذ عوامل بيولوژيكي در چوب پلاست كم‌تر خواهد بود.

منافذ در مواد چوب پلاست به ‏طور معمول باز هستند و زنجيرهايي از منافذ را تشكيل مي‏دهند. الياف سلولزي در اين منافذ وجود دارند. در نتیجه، آلودگی عوامل بيولوژيكي ماده در منافذ ماتریس و فضاهای خالی، تخریب بيولوژيكي ذرات چوب (سلولزی) و در بعضی موارد ذره­های مادۀ معدنی که منبع غذایی میکروارگانیسم­ها هستند، سبب رشد ميكروارگانيسم‌ها در ماتریس چند سازه­ها می­شود. به­طور کلی، هرچه دانسیته (جرم ویژه) چوب پلاست پایین­تر باشد، احتمال آلودگی ميكروارگانيسمي و تخریب بيولوژيكي آن بیشتر می­باشد. مطالعه روی پروفیل­ های چوب پلاست نشان داده است که هرچه دانسیته پایین­تر باشد، همکشیدگی پلیمر بعد از خروج از قالب نیز بیشتر است.

همكشيدگي خطي چوب پلاست اكسترود شده بعد از خروج از قالب

دو نوع تغيير بعد ناشي از دما در پلاستيك‏ ها و در چوب پلاست وجود دارد: همكشيدگي خطي چوب پلاست  و انقباض و انبساط چوب پلاست. در چوب پلاست همكشيدگي فرايندي برگشت ­ناپذير است، اما انقباض و انبساط برگشت­ پذير است. در حالت جامد زنجیرهای پلي‏مرها به صورت خطي نيمه كريستال است. يعني داراي نواحي فشرده كريستالين و بي‌ شكل با ساختار تصادفی است. شکل زیر:

در مذب داغ، كريستال‏ها ذوب مي‏شوند. هرچه مذاب داغ روان‏تر باشد، مولكول‏هاي پلیمر در راستاي جريان توجيه پيدا مي‏كند و از حالت تصادفی خارج می­شوند. درست مانند گرده‏­ بینه ­هاي تنه درخت كه در مسير باریک آب رودخانه توجيه پيدا مي‏كنند. در سطح آب درياچه، گرده‏­بینه­هاي تنه درخت، راستاي معيني نخواهند داشت و به‌صورت تصادفي قرار مي‏گيرند. در آب داراي جريان در رودخانه، گرده‏­بینه­ها با توجیه تصادفی وقتی از مسیر عریض به مسیر باریکی وارد می­شوند از حالت تصادفی به صورت خطی قرار خواهند گرفت.

تاثیر سرعت اکسترودر در محصولات چوب پلاست

مثال قبل مشابه اتفاقی است كه وقتي مولكول‏هاي پليمر وقتی به قالب در انتهاي فرايند اكستروژن مي‏رسند، اتفاق مي‏افتد. در فرایند تولید چوب پلاست مولكول‏ها در راستاي جريان توجيه دارند و ميزان يا شدت رديف هم قرار گرفتن­شان به سرعت تغيير شكل آن‌ها بسیار بستگي دارد. همچنین در فرایند تولید چوب پلاست هر چه سرعت اكستروژن بيشتر باشد، سرعت تغيير شكل بيشتر است، خصوصاَ وقتي پلاستيك از قالب مي‏گذرد. در قالب براي مولكول‏هاي پليمر توجيه دوباره و به حالت تصادفي درآمدن و كريستاليزه شدن دوباره، كمي وقت مي‏گيرد.

خنک کاری پروفیل های چوب پلاست در تولید

توليد كنندگان اغلب مجال خنکاری را به پلي‏مر در چوب پلاست نمي‏دهند. اگر در چوب پلاست دما و در نتيجه تحرك مولكول‏هاي پلي‏مر چند ساعتي يا حتي چند روزي حفظ شود، زمان براي پلي‏مر جهت بازگشت به «آرامش ترموديناميكي» تصادفي و توجيه كريستال كافي خواهد بود. در چوب پلاست اين عمل سبب ثبات ابعاد بهتر (از نظر همكشيدگي غير قابل برگشت) پلي پس از سرد و جامد شدن مي‏شود. اما واقعيت اين است كه وقتي پروفيل چوب پلاست از قالب بيرون مي‏آيد، با آب يا هوا سریعاً سرد مي‏شود. مولكول‏ هاي توجیه­ دار شده پلي‏مر در جهت جريان، در وضعيت نامطلوب ترموديناميكي «يخ مي‏زنند» و حركت قابل توجهي ندارند تا اين­كه دوباره دما زياد شود. اين امر به مولكول‏ هاي پلي‏مر پایه در چوب پلاست بستگي دارد.

دما در محصولات چوب پلاست

در وضعيت «يخ زده» پروفيل چوب پلاست انبار مي‏شود تا اين­كه به بازار مصرف عرضه و به مصرف كننده‏اي فروخته شود. وقتي چوب پلاست چند سازه در حالت «يخ زده» در محل كاربردي در هواي آزاد (مانند كف پوش) نصب مي‏شود‏، به محض گرم شدن با نور خورشيد، مولكول‏هاي پلي‏مر آن شروع به حركت مي‏كنند و پيوسته ادامه مي‏دهند تا به «آرامش» مطلوب ترموديناميكي برسند. چوب پلاست با اين فرايند نسبت به حالت اول (يخ زده) كوتاه‏تر مي‏شود. مولكول‏هاي «يخ زده» حركت كندي دارند و نزديك به يك سال طول مي‏كشد تا به آرایش مطلوب حداقل انرژي برسند. با گرماي مستقيم خورشيد اين فرايند طی چند هفته يا حتي چند روز انجام مي‏شود.

همکشیدگی در خواص چوب پلاست

به‏طور كلي، همكشيدگي پلي‏مرهاي نيمه كريستال خطي بين 1 و %4 است، در مقايسه با همكشيدگي پلي‏مرهاي بي‌شكل كه %7/0-3/0 مي‏باشد. بيشتر اين همكشيدگي قبل از خنك شدن چوب پلاست يا چوب پلاست پس از خروج از قالب اتفاق مي‏افتد. خنك شدن چوب پلاست، به علت جرم‏شان، بيشتر طول مي‏كشد، تا 2 روز (برخلاف خنك­ كني تسريع شده).

طي اين مدت %99 همكشيدگي كلي اتفاق مي‏افتد و اين دليل كم بودن همكشيدگي چوب پلاست‏هاي ماسيو چوب پلاست بعد از توليد است. اين مقدار همكشيدگي پس از توليد در تختة ماسيو چوب پلاست به طول m6 حدود mm 3-8/0 است. چوب پلاست چند سازه‏هاي توخالي سريع‏تر خنك مي‏شوند و همكشيدگي پس از توليد باقي‏مانده در آن‏ها، در مقايسه با چوب پلاست‏هاي ماسيو، بيشتر است.

همکشیدگی در چوب پلاست های تو خالی

در چوب پلاست‏هاي توخالي % 15 همكشيدگي كلي باقي مي‏ماند و منتظر افزايش دما است كه عمل كند (جايي در محل نصب در معرض گرماي نور خورشيد). همكشيدگي پس از توليد باقيمانده در چوب پلاست‏هاي توخالي حدود mm25 در چوب پلاست‏اي به طول m6 می­رسد. چون چوب پلاست از هر دو انتها به‏طور مساوي همكشيده مي‏شود، در حالت كف‏پوش، بين انتهاي دو چوب پلاست متوالي mm 25 فاصله ايجاد مي‏كند.  به‏طور معمول در مناطق گرم چند ماه طول مي‏كشد تا اين فاصله ايجاد شود، اما با موجي از گرما، اين فاصله طي چند هفته يا حتي چند روز توسعه پيدا مي‏كند.

همکشیدگی و جرم ویژه در چوب پلاست

مطالعه همكشيدگي روي کف­پوش چوب پلاست نشان داده است كه هرچه جرم ويژه چندسازه كم‌تر باشد، همكشيدگي آن بيشتر است. از طرف دیگر، هرچه سرعت اكستروژن بيشتر باشد، همكشيدگي بيشتر خواهد بود. از طرفي سرعت كم اكستروژن منجر به دانسيته بالاتر مي‏شود كه به نوبه خود كاهنده همكشيدگي چوب پلاست است. علاوه بر این، اگر اكسترودر براي تخليه گازهاي آلي و بخار، مجهز به تهويه باشد، دانسيته چوب پلاست بيشتر و همكشيدگي چوب پلاست کم‏تر خواهد بود.

بازپخت چوب پلاست

يك اقدام پيشگيرانه برای غلبه بر مشکل همكشيدگي، بازپخت چوب پلاست‏ها در كوره يا محفظه‏اي مخصوص اين كار است. در شرايط آزمايشگاهي توسط آوني با 88 درجه سانتیگراد دما، 4 ساعت طول مي‏كشد تا قعطه‏اي چند سازه بازپخت و همكشيدگي آن تكميل شود. راه ديگر باز پخت در چند دقيقه، غوطه ور كردن چند سازه در آب جوشان است. به‏طور كلي، مدت حرارت دهي در كورة بزرگ بازپخت در كارخانه‏، به جرم چوب پلاست ‏هايي بستگي دارد كه در آن بار زده مي‏شوند، بطوریکه حتی ممکن است تا 24 ساعت طول بكشد.20 ساعت از اين زمان صرف حرارت دهي و خنك كني چنين حجمي از ماده مي‏شود.

اگر همكشيدگي كلي از زمان خروج قالب تا توقف كامل آن %3 باشد، حدود %2 آن قبل از بريدن چوب پلاست در خط توليد اتفاق مي‏افتد. حدود % 5/0 آن در جريان خنك كني و % 5/0 طي بازپخت (اگر بازپخت نشود، در محل نصب) اتفاق خواهد افتاد.

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