خواص وودپلاست
تاثیر دانسیته بر خواص وودپلاست
خواص وودپلاست توليد صنعتي وودپلاست 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. تجزيه مواد استخراجي چوب، تركيبات آلي فرار توليد ميكنند و بنابراين تخلل ايجاد خواهند كرد. 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 وودپلاست و تقسیم وزن آنها بر حجم محاسبه شده، دانسیته تئوری بهدست میآید. حال هرچه دانسیته محصول تولیدی به دانسیته تئوری نزدیکتر باشد وودپلاست از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی بهتر است.
کاهش دانسیته در محصولات وودپلاست
كاهش دانسيته (افزايش تخلخل) روي تمام خواص مهم وودپلاستهاي وودپلاست 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 وودپلاست كفپوش سكو تا 60 و حتی در بعضی مناطق تا 71 درجه گرم میشود و اكسيد شدن حرارتي پلاستيك تشدید میشود. دانسيته بيشتر وودپلاست بهطوري موثر دسترسي اكسيژن را به دورن آن محدود و تخريب اكسایشی آن را کاهش میدهد. از طرف دیگر، وودپلاستهاي متخلخل وودپلاست 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 وودپلاست
دانسیته جذب آب وودپلاست را نیز تحت تاثیر قرار میدهد. طوریکه هرچه تخلخل بیشتر باشد، به دلیل سطح در دسترس بیشتر، جذب آب در وودپلاست نیز افزایش مییابد. هرچه دانسيته بالاتر باشد، مقدار رطوبت، واكشيدگي و كمانش، نفوذ عوامل بيولوژيكي در وودپلاست كم‌تر خواهد بود.
منافذ در مواد وودپلاست بهطور 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) وودپلاست پایینتر باشد، احتمال آلودگی ميكروارگانيسمي و تخریب بيولوژيكي آن بیشتر میباشد.
مطالعه روی پروفیلهای وودپلاست نشان داده است که هرچه دانسیته پایینتر باشد، همکشیدگی پلیمر بعد از خروج از قالب نیز بیشتر است.
همكشيدگي خطي وودپلاست اكسترود شده بعد از خروج از قالب
دو نوع تغيير بعد ناشي از دما در پلاستيكها و در وودپلاست وجود دارد: همكشيدگي خطي وودپلاست (كه به آن بهطور خلاصه همكشيدگي گفته ميشود) و انقباض و انبساط وودپلاست. در وودپلاست همكشيدگي فرايندي برگشتناپذير است، اما انقباض و انبساط برگشتپذير است. در حالت جامد زنجیرهای پليمرها به صورت خطي نيمه كريستال است، يعني داراي نواحي فشرده كريستالين و بي‌شكل 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 وودپلاست
مثال قبل مشابه اتفاقی است كه وقتي مولكولهاي پليمر وقتی به قالب در انتهاي فرايند اكستروژن ميرسند، اتفاق ميافتد. در فرایند تولید وودپلاست مولكولها در راستاي جريان توجيه دارند و ميزان يا شدت رديف هم قرار گرفتنشان به سرعت تغيير شكل آنها بسیار بستگي دارد. در فرایند تولید وودپلاست 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 وودپلاست در تولید
توليد كنندگان اغلب مجال خنکاری را به پليمر در وودپلاست نميدهند. اگر در وودپلاست 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 وودپلاست 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 وودپلاست از قالب بيرون ميآيد، با آب يا هوا سریعاً سرد ميشود. مولكولهاي 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 مولكولهاي پليمر پایه در وودپلاست بستگي دارد.
دما در محصولات وودپلاست
در وضعيت «يخ زده» پروفيل وودپلاست انبار ميشود تا اينكه به بازار مصرف عرضه و به مصرف كنندهاي فروخته شود. وقتي وودپلاست 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. وودپلاست 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 وودپلاست
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 وودپلاست يا وودپلاست پس از خروج از قالب اتفاق ميافتد. خنك شدن وودپلاست، به علت جرمشان، بيشتر طول ميكشد، تا 2 روز (برخلاف خنككني تسريع شده). طي اين مدت %99 همكشيدگي كلي اتفاق ميافتد و اين دليل كم بودن همكشيدگي وودپلاستهاي ماسيو وودپلاست بعد از توليد است. اين مقدار همكشيدگي پس از توليد در تختة ماسيو وودپلاست به طول m6 حدود mm 3-8/0 است. وودپلاست چند سازههاي توخالي سريعتر خنك ميشوند و همكشيدگي پس از توليد باقيمانده در آنها، در مقايسه با وودپلاستهاي ماسيو، بيشتر است.
همکشیدگی در وودپلاست های تو خالی
در وودپلاستهاي 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 وودپلاستهاي توخالي حدود mm25 در وودپلاستاي به طول m6 میرسد. چون وودپلاست از هر دو انتها بهطور مساوي همكشيده ميشود، در حالت كفپوش، بين انتهاي دو وودپلاست 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 وودپلاست
مطالعه همكشيدگي روي کفپوش وودپلاست نشان داده است كه هرچه جرم ويژه چند سازه 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 وودپلاست است. علاوه بر این، اگر اكسترودر براي تخليه گازهاي آلي و بخار، مجهز به تهويه باشد، دانسيته وودپلاست بيشتر و همكشيدگي وودپلاست کمتر خواهد بود.
بازپخت وودپلاست
يك اقدام پيشگيرانه برای غلبه بر مشکل همكشيدگي، بازپخت وودپلاستها 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 وودپلاست 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 وودپلاست 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.
بدون دیدگاه