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
-
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.
بدون دیدگاه