98 - چوب پلاست و سوابق علمی

در تولید چوب پلاست و پژوهش ها، ما پُلی میان دانشگاه و صنعت ایجاد کرده ایم


چوب پلاست و پژوهش ها

چوب پلاست و پژوهش های صورت گرفته در این زمینه در سال های اخیر بسیار بوده است. از سوی دیگر پیشرفتهای تکنولوژیک عصر حاضر درواقع بستگی به پیشرفتهایی دارد که در زمینه مواد حاصل شده است وتوسعه آتی نیز در گرو مواد موجود در دسترس خواهد بود. دراین میان مواد کامپوزیتی ( چند سازه ها ) معرف قدم های بزرگی است که در راه تکامل مواد مهندسی و نیز مهندسی مواد برداشته شده است . به این معنی که با ترکیب فیزیکی دو یا چند ماده ، علاوه بر اینکه موادی کارآمد ، سبک و مقاوم تر از مصالح سنتی از قبیل چوب ، پلاستیک و پلیمرهای معمول به دست می آید ، بلکه برای هر کاربرد مشخص می توان خواص مورد نیاز را در کامپوزیتی خاص ایجاد کرد واین کار حتی با طراحی دقیق مواد سنتی امکان پذیر نیست .

کامپوزیتهای  WPC” چندسازه یا مواد مرکب چوب پلاست ” از جمله موادی مهندسی وساختمانی جدیدی هستند که در توسعه وکاربرد آنها متخصصین فراوانی از رشته های مختلف از جمله پلیمر،علوم ومهندسی مواد ، شیمی ومهندسی شیمی ، مکانیک جامدات ، مکانیک شکست مواد ، مهندسی صنایع چوب ، ریاضی وکامپیوتر سهم به سزایی داشته و دارند ، لذا به دلیل گسترده بودن موضوع ، بحث در مورد آن درکلیه جوانب علوم فوق الذکر غیر ممکن به نظر می رسد . ولی می توان بیان کرد که این علم / صنعت در وهله نخست حاصل همکاری و تداخل دو صنعت پلیمر وصنعت چوب با یکدیگر است که صنعت پلیمر واجد دانش فراورش وساخت بوده و صنعت چوب نیز صاحب دانش مواد اولیه و بازار مصرف می باشد .

لذا در این مقاله سعی شده است که مهمترین جنبه های موضوع مورد بحث وبررسی قرار گیرد به عبارت دیگربه تعاریف بنیادین ، تئوری ساخت کامپوزیتهای چوب پلاست، مواد تشکیل دهنده و خصوصیات آنها ، ماشین آلات فرآیند؛ مواد افزودنی وتاثیرات هریک بر کیفیت نهایی محصول ، روشهای متداول ساخت وشکل دهی ، خواص فیزیکومکانیکی وکاربردهای گوناگون ؛ بازارجهانی تولید ومصرف ودر نهایت مباحث زیست محیطی آنها پرداخته  می شود.

اهمیت موضوع چوب پلاست :

با نظری  به خصوصیات مثبت وکارآیی بالای خانواده محصولات کامپوزیت چوب پلاست  از جمله در مصارفی چون کفپوش سازی ، حصارکشی و مصارف بیرونی ( انواع مبلمان شهری،باغی، پارکها) ، ساخت قطعات خودرو و … واین موضوع که محصولات کامپوزیت چوب پلاست  واجد خصوصیاتی مشابه ویژگی‌های مثبت چوب از قبیل میخ و پیچ خوری، چسب پذیری ، اره و رنده شدن است؛ نیز از دیگر سو ارزان و فراوان بودن مواد اولیه و امکان استفاده از مواد بازیافتی همچون باگاس ساقه گندم وبرنج وانواع ترکیبات پلاستیک ضایعاتی ، موجب برتری آن نسبت به سایر مواد و مصالح همچون چوب و آهن گردیده است .

با در نظر گرفتن  ویژگی های فوق در این چند سازه و نیزمحدودیت جنگلها ، کمبود  چوب و به تبع آن حجم بالای واردات چوب آلات والوار در کشور ما ، چند سازهچوب پلاست   دربسیاری از موارد می‌تواند جایگزین مناسبی برای چوب باشد و نیزبا توجه به جایگاه این علم / صنعت در سطح جهان وجوان بودن آن در کشور، کمبود منابع داخلی و نیز تحقیقات در این زمینه جهت استفاده دانشجویان ، صاحبان صنایع وعلاقه مندان به حوزه علوم کامپوزیت ، صنایع چوب  و پلیمر را به دنبال دارد .

حجم بالای ضایعات چوبی ومحصولات کشاورزی سلولزی وضایعات پلاستیکی ومنابع پتروشیمیایی موید این نکته است که از نظر تامین مواد اولیه مورد نیاز این صنایع در کشور با مشکلات جدی روبه رو نخواهیم بود . تمامی این مسایل همه وهمه نشانگر مزیت نسبی و اهمیت گسترش این صنعت در کشور می باشد .

بنابراین به نظر می رسد عرصه وسیعی برای پرداختن به این موضوع پیش روی دانشجویان و پژوهشگران گشوده شده و افق پیش رو نمایانگر این است که در این مسیر راه های ناپیموده زیادی پیش روی ماست .

 سابقه تحقیق در رابطه با چوب پلاست:

در ابتدا باید گفت که در جهان اولین تحقیقات و اقدام به ساخت محصول چوب پلاست در اوایل دهه 80 میلادی در کشورهای اروپای غربی آغاز شد ولی در دهه90 میلادی با سرعت حیرت آوری در آمریکا گسترش یافت تا حدی که به اعتقاد کارشناسان امروزه این صنعت از نظر علمی وتکنولوژیکی در اروپا 10 سال عقب تر از امریکا در حال پیشرفت می باشد ، آلمان – اتریش – ایتالیا وانگلستان از پیشگامان این صنعت در اروپا هستند . به هر حال گزیده ای از تحقیقات انجام شده در خارج از کشور را اینگونه می توان ذکر کرد که :

در سال 1990  Yap )و همکاران) به ساخت کامپوزیت چوب پلاست از پلی اتیلن سنگین والیاف چوبی(HDPE / WF) با استفاده از دستگاه اکسترودر دو ماردون اقدام کردند و شکستگی الیاف را درحین فراورش مورد بررسی قرار دادند آنها به این نتیجه رسیدند که شکستگی الیاف در حین فرایند به دمای فرایند و مقدار الیاف وابسته می باشد در این پژوهش طول الیاف از 26/1 در قبل از فرایند به 49/0 بعد از قالبگیری وتولید محصول رسید .

Myers) و همکاران( در سال 1991اثر دمای اکستروژن را بر روی خواص مکانیکی کامپوزیت چوب پلاست پلی پروپیلن الیاف چوبی  (WF / PP) را بررسی کردند واعلام کردند که دمای بالای اکستروژن موجب تخریب چوب می شود وسطوح الیاف چوبی دچار آسیب شده واتصال بین الیاف و ماتریس پلیمر در سطح مشترک و در نتیجه مقاومت محصول کاهش می یابد درضمن در همین سال  نیز اولین کنفرانس بین المللی کامپوزیت در شهر مدیسون madison درامریکا برگزار گردید.

در سال 1994( Hon وهمکاران ) اثر متغیرهای فراورش را برروی ویسکوزیته و وزن مولکولی کامپوزیت چوب پلاست ( الیاف کاغذ روزنامه وPP ) بررسی کرده واعلام کردند که افزایش مدت زمان اقامت الیاف در داخل اکسترودر یا زمان فراورش اثری منفی بر وزن مولکولی ونیروی گشتاور کامپوزیت داشته و باعث کاهش آنها می شود .

Stark) و همکاران( در سال 1997 با استفاده از دستگاه اکسترودر دو ماردون همسو گرد ودر دمای 190 درجه سانتی گراد تاثیر اندازه ذرات چوب کاج را بر روی خواص خواص مکانیکی کامپوزیت چوب پلاست بررسی کردند آنها نتیجه گیری کردند که هر چه ذرات کوجکتر باشند باعث بروز خواص مکانیکی بهتری خواهند شد و مدول واستحکام کششی بالاتری ایجاد می کنند .

Kokta) و همکارنش( برای تولید کامپوزیت چوب پلاست ( الیاف کاغذ/ HDPE ) با استفاده از اکسترودر تک پیچ اقدام نمودند آنها به این نتیجه رسیدند که بهترین زمان برای اکسترود کردن (از زمانی که الیاف وارد اکسترودر می شوند تا لحظه خروج ) 20دقیقه است همچنین (Takase و همکاران) نیز براساس پژوهشهای انجام شده اعلام کردند که بهترین شرایط فراورش برای کامپوزیت/ PP  خمیرکاغذ ) زمان 10 دقیقه و دمای 180 درجه با دور پیچ اکسترودر r/ min  50 می باشد. همچنین آنها دریافتند که در تهیه (کامپوزیت پلی استایرنPS  / خمیر کاغذ ) وقتی دمای فرآیند به بیش از 205 درجه سانتی گراد برسد حرارت موجب سوختن الیاف شده و تخریب زنجیر اصلی الیاف وپیوندهای بین فیبر و پلیمر را در پی دارد در ضمن در این دما شاهد آغاز اکسیداسیون تدریجی پلیمر نیز خواهیم بود.

پژوهش های چوب پلاست در داخل کشور:

در ایران برای اولین بار تحقیقات وپژوهش در این زمینه در سال 1375 آغاز شده و از آن تاریخ تا کنون مراکز تحقیقاتی،  موسسات  پژوهشی و دانشگاه های چندی در این زمینه مشغول به فعالیت هستند وتا کنون نیز چندین مقاله از پژوهشگران ایرانی در نشریات معتبر علمی بین المللی به چاپ رسیده است .

در ادامه به چند پژوهش انجام گرفته در رباطبه با چوب پلاست در داخل کشور اشاره می شود :

(ق . ابراهیمی / م. تجویدی) اثر دما بر رفتار خزشی مواد مرکب حاصل ازچهار نوع الیاف طبیعی وپلیمر PP  را مورد مطالعه قرار داده ونتیجه گرفتند که الیاف طبیعی بر رفتار خزشی مواد مرکب تاثیر مثبت دارند والیاف طبیعی با کاهش میزان کرنش خزشی ؛ مقاومت به خزش را به طور قابل ملاحظه ای افزایش می دهند همچنین ایشان گزارش کردند که رفتار خزشی این مواد عمدتا در مراحل اولیه اتفاق می افتد و به مدول وابسته است وقسمت اعظم تغییر شکل پس از برداشتن بار از بین می رود .

(ا. نوربخش / ک . دوست حسینی / ا. ج . لتیباری / ع. حسین زاده ) اثر نوع ، مقدار الیاف سلولزی در چهارسطح ( 10 و20 و30 و40 % ) ودمای اختلاط ( 180 – 190 – 200 ) را بر ویژگیهای مکانیکی چندسازه چوب پلاست الیاف چوبی / پلیمر مورد مطالعه قرار داده و نتیجه گرفتند که الیاف صنوبر مقاومت به ضربه فاقدار ( Izod ) ، مقاومت ومدول الاستیسیته کششی وخمشی بالاتر و درصد ازدیاد طولی کمتری نسبت به الیاف کارتن کهنه (OCC) ایجاد می کند و مقدار بهبود ویژگیهای مکانیکی به میزان درصد الیاف نیز وابسته است . زیاد شدن الیاف موجب افزایش مقاومت کششی ومدول الاستیسیته کششی وخمشی گشته ومقاومت به ضربه فاقدار ودرصد ازدیاد طولی را کاهش داده است آنها اعلام داشتند که مقاومت کششی ومدول الاستیسیته کششی وخمشی ومقاومت به ضربه فاقداردر دمای اختلاط 190 زیادتر ودرصد ازدیاد طولی در دمای 180 کمتر بوده است .

(اسفنده وهمکاران) به روش پالتروژن و با استفاده از الیاف بلند کنف با درصد وزنی 59%   برپایه پلی استر اقدام به ساخت ماده مرکب چوب پلاست نمودند ومشاهده کردند که که استحکام کششی کامپوزیت 75 /2 برابر افزایش می یابد که از مقدار پیش بینی شده در تئوری آنها کمتر بوده آنها پیشنهاد کردند که جهت سازگاری بهتر الیاف با ماده زمینه از مواد جفت کننده استفاده شود .

مراکز علمی پژوهشی و سمینارهای بین المللی مرتبط با چوب پلاست

باید ذکر کرد که در سطح جهان بسیاری از موسسات علمی پژوهشی و دانشگاه ها به صورت گسترده در این زمینه مشغول به فعالیتند ، ولی مهمترین مرکز پژوهش در زمینه چوب پلاست لابراتوار محصولات جنگلی در شهر مدیسون ایالت ویسکانسین ( Forest Product Laboratory ) می باشد که با در اختیار داشتن امکانات وسیع ، تیمهای پژوهشی تراز اول وبا همکاری گسترده با سایر مراکز در زمینه علوم وتکنولوژی چوب پلاست فعالیت می کند به طور کلی می توان گفت که  به دلیل وجود چندین کارخانه بزرگ وکوچک تولید کننده و مراکز تحقیقاتی شهر وایالت فوق الذکر به عنوان بزرگترین قطب صنعتی تولیدی – علمی پژوهشی جهان در این زمینه درآمده است .

همانطور که پیش تر هم ذکر شد در سال 1991 اولین کنفرانس بین المللی کامپوزیت در شهر مدیسون “madison ایالت ویسکانسین ” درامریکا با حضور محققین وصاحبان صنایع پلاستیک و محصولات جنگلی ، جهت گفتگو ؛ تبادل نظر ؛ آشنایی با تکنولوژی و پیشرفتها وارائه پژوهشهای انجام شده برگزار گردید؛ و از آن تاریخ تاکنون نیز به عنوان مهمترین و معتبرترین سمینار علمی در این زمینه مرتبا و به صورت دوسالانه برگزار می گردد .

چند مرکز پژوهشی ، دانشگاهی فعال در ایالات متحده و کانادا :

Forest Products Laboratory Madison, Wisconsin 

Alberta Research Council Edmondton, Alberta, Canada

Department of Forestry, Oklahoma State University Stillwater, Oklahoma

البته تا کنون سمینارهای بین المللی مختلفی در امریکا ، کانادا ، ژاپن ، آلمان، انگلستان، استرالیا و بسیاری کشورهای دیگر نیز برگزار شده که از جمله آنها به سمینار دوسالانه “Preparation Wood Plastic Composites”  می توان اشاره نمود که تقریبا همزمان با اولین سمینار لابراتوار محصولات جنگلی امریکا در کانادا آغاز به کار کرد.

امروزه دیگر از نشریات معتبر علمی در زمینه  پلیمر ، مهندسی مواد ، کامپوزیت  هیچ شماره ای منتشر نمی شود مگر اینکه یک یا دو مقاله علمی در مورد چند سازه هایچوب پلاست  در آن شماره چاپ شده باشد. .

مراکز علمی پژوهشی در رباطه با چوب پلاست :

در حال حاضر مهمترین مراکز پژوهشی و دانشگاههای فعال در زمینه تحقیقات در داخل کشورعبارتند از :

پژوهشکده پلیمر ایران؛ موسسه کامپوزیت ایران ،  دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران ، دانشکده پلیمر دانشگاه صنعتی امیر کبیر( پلی تکنیک تهران ) ، دانشگاه تربیت مدرس،  دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه گرگان ؛ مراکزدانشگاهی که دارای رشته پلیمر و مهندسی پلیمر هستند و مراکز علمی تحقیقاتی دیگری که شاید به نسبت موارد ذکر شده از درجه اهمیت کمتری برخوردارند .

سمینارهای داخلی:

در داخل کشور نیز تا کنون چندین سمینار علمی در این زمینه برگزار گردیده است که اولین سمینار در تاریخ خردادماه سال 1384  به همت گروه صنایع چوب دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران در شهر کرج برگزار گردید . دومین سمینار نیز به همت مسولین دانشکده پلیمر دانشگاه صنعتی امیر کبیر در خرداد ماه 1385 در تهران برگزار شد  که در این سمینار ها پژوهشگران ، متخصصان  ؛ اساتید دانشگاه ، صاحبان این صنایع در کشور و سایر علاقه مندان به حوزه علوم کامپوزیت حضور داشته و به بحث و تبادل نظر و ارائه مقالات علمی پرداختند.

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید