132 1 - تاثیر استفاده از الیاف شیشه در کامپوزیت های چوب پلاست

بررسی تاثیر استفاده از الیاف شیشه در کامپوزیت های چوب پلاست 

 ( پژوهش: آرش چاوشی / بخش اول  /(این پژوهش در 3 بخش ارائه میگردد و ترتیب خواندن اهمیت دارد)

در این پژوهش اثر استفاده از الیاف کوتاه شیشه بر خواص مکانیکی کامپوزیت های چوب پلاست نرمه MDF-پلی‎پروپیلن مورد بررسی قرار گرفت. الیاف کوتاه شیشه در ابعاد 3 میلیمتر تهیه شدند. بدین منظور از نرمه سنباده زنیMDF  به عنوان ماده لیگنوسلولزی و پلی پروپیلن به عنوان ماده ترموپلاستیک استفاده شد. مالئیک اندرید پیوند داده شده با پلی ‎پروپیلن (MAPP) نیز به عنوان عامل جفت‎کننده به میزان 4 درصد وزنی مورد استفاده قرار گرفت. سپس 36 تخته (12 تیمار در 3 تکرار) با دانسیته اسمی gr/cm31 در ابعادcm 1×cm20×cm30 با استفاده از روش پرس گرم تهیه گردید. در ادامه تخته‎های ساخته شده برای تعادل رطوبتی به مدت 2 هفته در محیط قرار گرفتند.

سپس به منظور بررسی خواص مکانیکی نمونه های کامپوزیت های چوب پلاست از استاندارد (CEN/TS15534–1:2007) استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش درصد وزنی نرمه سمباده­زنی MDF، قدرت نگهداری پیچ و میخ، مدول الاستیسیته خمشی (MOE) و مقاومت خمشی (MOR) نمونه های کامپوزیت های چوب پلاست کاهش و همچنین با افزایش درصد وزنی الیاف کوتاه شیشه نیز این مقاومت­ها کاهش پیدا کردند. بیشترین مقاومت‎های مکانیکی در تیمارهای شاهد (0% الیاف کوتاه شیشه) حاصل گردید.

کلمات کلیدی: الیاف کوتاه شیشه، نرمه سمباده زنی MDF، قدرت نگهداری پیچ و میخ، کامپوزیت های چوب پلاست، MOR

  1. مقدمه

چوب پلاست­ ها (WPCs[1]) مواد نسبتا جدیدی هستند که توجه قابل ملاحظه­ای را در سال­های گذشته بدست آورده­اند. از دلایل پذیرش صنعتی WPCs و افزایش آن، می­توان به جذب رطوبت کم، مقاومت در برابر حمله بیولوژیکی، ثبات ابعادی، ترکیبی از سختی بالا و استحکام، سایش کمتر در طول پرداخت، دانسیته پایین و قیمت پایین با توجه به پرکننده­های معدنی اشاره کرد (Valente et al., 2011).

در ساخت اين چوب پلاست­ها محدودۀ وسيعي از پليمرها مانند پلی‎پروپيلن، پلي­اتيلن، پلي وينيل كلرايد، پلي استر و …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 كاغذ قابل استفاده مي‎باشند. به دنبال افزایش قیمت پلاستیک­ها در چندین سال گذشته، افزودن الیاف و پرکننده­های طبیعی به منظور کاهش هزینه­ها در صنعت پلاستیک مورد توجه قرار گرفته است (Sanadi et al., 2001). از طرفی امروزه بطور جدی با کاهش منابع چوبی مواجه می­باشیم، بنابراین استفاده از فراورده­های ترکیبی چوب-پلاستیک ضمن بالا بردن مقاومت­های مکانیکی و بهبود خواص فیزیکی و همچنین کاهش ضایعات بیومس گیاهی، امکان صرفه­جویی بهتر در منابع چوبی را نیز فراهم می­سازد (Miguez Suarez et al., 2005).

امروزه بهره­ گيري از پركننده­هاي طبيعي مانند آرد چوب (به ويژه در درصدهاي بالا (در ساخت مواد مركب چوب-پلاستيك به شدت مورد توجه مي­باشد اما درصدهاي بالاي آرد چوب سبب جذب آب به نسبت قابل توجه و كاهش مقاومت­هاي مكانيكي مواد مركب چوب-پلاستيك مي شود (Ghotbifar et al., 2010). از سوی دیگر با توجه به کمبود مواد چوبی، استفاده از ضایعات صنایع چوبی می­تواند راهکار مناسبی را در این جهت ارائه دهد.

در طی مراحل مختلف استحصال چوب از قطع درخت تا ساخت محصولات مختلف چوبی، بخش زیادی از حجم چوب برداشت شده به صورت خاک اره و دیگر ضایعات چوبی در می­آید. که از آن جمله می‎توان به ضایعات قسمت­های مختلف کارخانه­های تخته خرده چوب و MDF اشاره کرد. این حجم وسیع علاوه بر هدر دادن منابع چوبی، خود به صورت یک معضل در کارخانجات و کارگاه­های صنایع چوب در آمده است که تنها راه خلاصی از آن در بیشتر موارد سوزاندن آنها است (Rostamnejad, 2007). در ساخت چوب پلاست­ها علاوه بر مواد طبیعی، از مواد معدنی نظیر آزبست، میکا، سیلیس، سیمان، الیاف شیشه، کربن و بور نیز استفاده می­شود (Ramtin et al., 2009).

در بین تقویت‎ کننده­ های معدنی الیاف سنتزی به ویژه الیاف شیشه، رایجترین تقویت‎ کننده­ای است که در صنعت پلاستیک مصرف می­شود و نسبت به دیگر الیاف سنتزی به لحاظ اقتصادی و ویژگی­های مکانیکی برتری دارند (Ghotbifar et al., 2009). از سوی دیگر توليد كامپوزيت­هاي الياف چوب-پليمر تحت تاثير عوامل مختلفي صورت مي­گيرد. اين نوع كامپوزيت­هاي پليمري معمولاً از طريق تركيب كردن الياف چوب و پليمرها و يا با افزودن الياف چوب بعنوان پُر كننده و تقويت­كننده در ماتريس پليمر و به كمك عمل پرس كردن يا قالب­ريزي در شرايط دما و فشار توليد مي­گردند.

از جمله مهمترين فاكتورهاي مؤثر در توليد كامپوزيت­ها مي­توان به اثر عوامل سازگار كننده (جفت­ كننده)، روش توليد، مواد افزودني، ويژگي‎هاي فيزيكي و مكانيكي، درصد و نوع الياف سلولزي، درصد و نوع پليمر گرمانرم، شرايط پرس، طول و توزيع و پخش مناسب الياف در توده ماتريس، نوع اتصال، جهت­يابي الياف و… اشاره نمود (Nourbakhsh et al., 2008). مواد کامپوزیت پایه پلیمری که با الیاف شیشه تقویت شده­اند (GRP) ظهور خود را با جنگ جهانی دوم به نمایش گذاشته و از آن تاریخ تا کنون در عرصه‎ های متفاوت صنعتی مانند صنایع هوافضا، هواپیمایی، دریایی، اتومبیل سازی، ورزشی، الکترونیک و پزشکی اهمیت ویژه­ای پیدا کرده­اند (Matthews & Rawling, 1999).

توليد مواد مركب هيبريدي از روش­هاي بهبود ويژگي­هاي فيزيكي و مكانيكي مواد مركب چوب-پلاستيك است.

در واقع براي بهره­گيري از برتري­هاي هر دو نوع پركننده طبيعي و مصنوعي مي­توان آنها را در يك ماتريس يكسان تركيب كرد تا مواد مركب هيبريدي توليد نمود (Ahmed et al., 2006). در پژوهشی محققین به بررسی اثر هیبریداسیون الیاف شیشه بر خواص کامپوزیت­های الیاف سیسال-پلی پروپیلن کامپوزیت پرداختند. در این پژوهش 4 سطح الیاف شیشه (0%، 10%، 15% و 20%) مورد استفاده قرار گرفت. نتایج آنها نشان داد که با افزایش سطوح الیاف شیشه، مقاومت کششی، مدول کششی، مقاومت خمشی و مدول خمشی نمونه های چوب پلاست به مقدار جزئی افزایش پیدا کردند (Jarukumjorn & Suppakarn, 2009).

در پژوهش دیگری قطبی­فر و همکاران 1388، به مطالعه رفتار جذب آب و واکشیدگی ضخامت چوب پلاست هیبریدی پلی­پروپیلن، آرد چوب و الیاف شیشه پرداختند، در پایان نتایج حاصل از اندازه­گیری جذب آب و واکشیدگی ضخامت چوب پلاست مذکور نشان داد که بر خلاف انتظار محققین، افزودن الیاف شیشه باعث افزایش معنی­دار جذب آب و واکشیدگی ضخامت بعد از گذشت 2 و 24 می­شود (Ghotbifar et al., 2009). در پژوهشی با عنوان “کامپوزیت­های ترموپلاستیک هیبریدی الیاف بازیافت شده شیشه/آرد چوب: ساخت و خصوصیات مکانیکی”، محققان به بررسی تاثیر دو نوع الیاف شیشه (بکر و بازیافت­شده) بر خصوصیات مکانیکی کامپوزیت‎های چوب-پلاستیکِ پلی­پروپیلن پایه و پلی­اتیلن دانسیته پایین پایه پرداختند. در ادامه نتایج محققان نشان داد که میزان قدرت نگهداری پیچ در چوب پلاست­های با الیاف شیشه بکر بیشتر از چوب پلاست­های با الیاف بازیافت شده شیشه (در یک فرمول مشخص) می­باشد. همچنین نتایج نشان داد که علاوه بر آنکه آرد چوب و الیاف بازیافت شده شیشه به صورت قابل توجهی باعث افزایش مدول خمشی شد، اما مقاومت خمشی را کاهش دادند (Valente et al., 2011).

در رابطه با استفاده از نرمه‌های سمباده­زنی صنایع چوب می­توان به پژوهش رامتین و همکاران 1388 اشاره کرد، در این پژوهش محققین به بررسی تاثیر استفاده از نرمه­های حاصل از سمباده­زنی سطح تخته‎خرده­چوب همراه با پلی‎پروپیلن پرداخته­اند، محققین در چوب پلاست مورد نظر از سه سطح وزنی 40، 55 و 70 درصد نرمه­های حاصل از سمباده­زنی 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 (Ramtin et al., 2009). در پژوهشی نجفی و ملکی به بررسی مقایسه‎ای خواص مکانیکی چوب پلاست­های پلاستیک-خاک سنباده MDF و تخته فیبر دانسیته متوسط پرداختند که از پلی­اتیلن و PVC به عنوان ماده زمینه و خاک سنباده MDF به عنوان ماده پرکننده استفاده کردند که قدرت نگهداری پیچ و میخ و خواص خمشی این تخته­ها را با تخته MDF کاسپین خزر مورد مقایسه قرار دادند.

نتایج نشان داد تخته چوب-پلاستیک ساخته شده از PVC قدرت نگهداری پیچ و میخ در سطح بهتری نسبت به MDF و تخته ساخته شده از PE دارد (Najafi & Maleki, 2010). در پژوهش­های 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.

معدني پور و همکاران (1386)، در مطالعه­ای از ضايعات خاك اره MDF به عنوان تقويت­كننده پلي­اتيلن با دانسيته بالا، به منظور توليد فرآورده چوب پلاست استفاده کردند. درصد تقويت­كننده در چهار سطح 10، 20، 30 و 40 درصد و ابعاد ذرات تقويت كننده در 4 سطح با اندازه­های 40، 60، 80 و 100 مش با پلي­اتيلن با دانسيته بالا تركيب شدند. همچنين از مالئيك انيدريد پلي­اتيلني شده (MAPE) به عنوان عامل جفت كننده استفاده کردند.

فرآورده چوب پلاست با روش اكستروژن و قالب­گيري تزريقي رزين توليد شد و در نهايت مقاومت‎هاي مكانيكي آن اندازه­گيري شد. نتايج حاصل نشان داد كه مقاومت خمشي، مدول خمشي، مقاومت كششي با افزايش درصد تقويت كننده تا 40 درصد و ابعاد تقويت­كننده تا 100 مش، افزايش يافته است.

همچنين مقاومت به ضربه فاقدار در 10 درصد تقويت­كننده و اندازه مش 40، بيشترين مقدار را داشته است (Madanipur et al., 2007). با توجه به مقدمه صورت گرفته و اهمیت مطالعه تاثیر افزودنی­ها در چوب پلاست‎های چوب-پلاستیک، در پژوهشی پیشِ روی به بررسی تاثیر الیاف کوتاه شیشه در چوب پلاست نرمه MDF-پلی­پروپیلن پرداخته شده است.

1-Wood Plastic Composites

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید