نوشته‌ها

مواد تشکیل دهنده چوب پلاست،معایب و مزایا کامپوزیت چوب

كامپوزيت هاي چوب پلاست چه هستند؟

مقدمه

كامپوزيت چوب پلاستيك  كه به اختصار (WPC) خوانده ميشود را مي توان در زمره مواد نو ظهوري دانست كه تجارت آن در زمينه هاي مختلف خصوصا چوب مصالح كف سازي بسيار پر رونق بوده و هر روز هم  بر كاربردهايش افزوده ميشود. از جمله كاربردهاي ديگر اين صنعت مي توان به در،پنجره، حصار و پرچين اشاره كرد. با توجه به انعطاف پذيري روش هاي توليد و ويژگي هاي عملكردي محصول، انتظار گسترش توليدات آن در بازارهاي جديد مي رود.

اين مقاله به هدف ارائه مفاهيم مقدماتي راجع به فناوري به كار رفته در WPC و كاربردهايش براي علاقمندان به اين رشته، نوشته شده است.

كامپوزيت هاي چوب پلاست چه هستند؟

كامپوزيت هاي چوب پلاست، تركيبي  ٥٠:٥٠ از پليمرهاي ترموپلاستيك(گرمانرم) و خرده چوب است كه عموما در بالاي دماي ذوب پليمرها مخلوط شده و سپس براي مصارف مختلف بر رويشان فرآيندهاي مختلفي صورت ميگيرد. با توجه به نوع فرآيند انتخابي، WPC ها ميتوانند به شكل هاي متقاوتي در بيايند كه همين باعث گستردگي استفاده آنها در زمينه هاي مختلف از جمله چارچوب در و پنجره، پنل داخلي خودروها، نرده ها، حصارها، محوطه سازي هاي چوبي، پوشش نما، نيمكتهاي پارك، قالب ريزي و صنعت مبلمان شده است. در حقيقت WPC ها اين ويژگي را دارند كه به بتوانند به رنگ ها، طرح ها، اندازه ها و تقريبا هر شكلي درآيند. از رايج ترين نمونه هاي استفاده از چوب پلاستيك ها مي توان از مصالح كف چوب كه با نام هاي تجاري Trex , ChoiceDeck, Eon, SmartDeck و يا به اختصار با نام عمومي كامپوزيت چوب، شناخته مي شوند نام برد.

مزايا:

چوب پلاست ها داراي مزايايي هستند كه در اينجا به ذكر چند نمونه از آنها ميپردازيم. در وهله نخست وجود قطعات چوب نه تنها باعث افزايش سختي محصول شده بلكه هزينه را نيز تا حد زيادي نسبت به استفاده از فقط پلاستيك كاهش مي دهد. همچنين ويژگي هاي فشرده سازي (مقاومت در برابر ضربه) در اكثر چوب پلاستيك ها بالاتر از  نمونه هاي چوبي عمود بارگزاري شده بر دانه است. علاوه بر آن، پلاستيك موجود در اين محصولات قابليت جذب آب و يا حملات بيولوژيكي را نداشته و بنابراين هزينه هاي مربوط به نگه داري تا حد زيادي در مقايسه با چوب خالص كاهش مييابد. قابل ذكر است كه چوب پلاست ها طبله نميكندد، خرد نميشوند و خراش هم بر نميدارند.

ممكن است اين فكر در ذهن خواننده شكل بگيرد كه استفاده از منابع تجديدپذير چوب در كاهش توليد كربن موجود در  پلاستيك  و عدم استفاده از منابع سوخت فسيلي، مي تواند كمك بيشتري به محيط زيست كند، اما بايد در نظر داشت كه چوب پلاستيك ها نه تنها قابل بازيافت هستند بلكه اكثر پلاستيك هاي استفاده شده در اين محصولات نيز حاصل بازيافت پسماندهاي مصرفي و صنعتي هستند. همچنين از تراشه هاي ناكارآمد ساير مصارف چوبي نيز مي توان به عنوان ذرات چوب موجود در اين محصولات استفاده كرد.

چوب پلاستيك ها تنوع بسيار زيادي از طرح، رنگ و شكل محصولات را در اختيار مي گذارند، كه ديد مهندسي مناسب در اين زمينه، مي تواند باعث كاهش استفاده از مواد نيز بشود. به طور مثال: تخته هاي چوبي توخالي

معايب:

همانطور كه شرح داده شد، بخش چوبي كامپوزيت هاي چوب پلاستيك ويژگي هاي مفيدي نسبت به پلاستيك دراختيار ميگذارند؛ با اين وجود مشكلات عمومي چوب ها از جمله رطوبت زدگي، كپك زدن و پوسيدگي را نيز همراه خواهند آورد. قابل ذكر است كه سرعت نفوذ آب نسبت به ساير كامپوزيت هاي چوبي و يا چوب خالص كمتر است اما با اين وجود نفوذ آب مي تواند باعث پوسيدگي و يا كپك زدگي شود. همچنين افزودن چوب به ترموپلاست ها باعث ناپايداري رنگ شده و سطح چوب پلاست ها در مجاورت نورخورشيد تغيير رنگي مايل به سفيد و يا خاكستري خواهند داشت.

چوب پلاست ها همچنين به نسبت چوب معمولي از استحكام كمتر و وزن بيشتري برخوردارند و ممكن است باعث بروز مشكلاتي شوند كه مانع از استفاده آنها در بسياري از زمينه هاي كاربردي خصوصا در محيط هاي گرم ميشود. از طرف ديگر ميتوان از استحكام كم و شكل پذيري بالاي آنها در توليد الگوها و شكل هاي زيبا استفاده كرد.

به علاوه، همانگونه كه در بخش قبل شرح داده شد چوب پلاستها به عنوان محصولات دوستدار طبيعت شناخته ميشوند چرا كه مي توان از پلاستيكهاي بازيافتي مصارف ديگر و تراشه چوب هاي باقيمانده از ساير فرآيندها استفاده كرد؛ با اين وجود براي افرايش كنترل كيفيت محصول و به ثبات رساندن وضعيت انبارهاي ناپايدار پلاستيك هاي بازيافتي، معمولا از پلاستيك خام استفاده ميشود. همچنين توليد اين محصولات نياز به صرف انرژي بسيار زيادي است. قابل ذكر است كه از لحاظ نظري اين محصولات قابل ذوب و تغيير فرم هستند اما در حال حاضر به دليل عدم صرفه اقتصادي در هيچ كجا چنين فرآيندي صورت نميپذيرد مگر براي مواد خارج از تعريف در زمان توليد.

كدها و استانداردها:

به منظور ارزيابي كارآيي چوب پلاستيك ها در رابطه با نيازمنديهاي ساختماني ازاستانداردهاي ASTM به شرح زير استفاده مي شود:

ASTM D 7031-04

راهنمايي است به منظور ارزيابي و ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي محصولات كامپوزيت چوب پلاستيك.

ASTM D 7032-04

ويژگي هاي لازم براي رتبه بندي كارآيي چوب پلاست ها به عنوان الوار، سيستم هاي امنيتي گاردريل ها و نرده را در اختيار ميگذارد.

ASTM D 6662-01

ويژگي هاي مربوط به تخته الوارهاي كف سازي پلاستيكي مبتني بر پلي الفين را ارائه مي دهد.

استانداردهاي ديگري نيز در زمينه هاي مختلف ارائه شده اند كه در صورت استفاده از چوب پلاستيك ها در آن كاربردها، براي آنها نيز صادقند. به طور مثال:

مصالح سقف سازي:

استانداردهاي IBC مربوط به مواد سقف سازي.

تجهيزات زمين بازي:

استاندارد F1487-1e1  كه به شرح جزئيات موارد امنيت مصرف كنندگان در تجهيزات زمين هاي بازي عمومي مي پردازد.

استاندارد F1148-03 كه در آن شرح جرئيات امنيت و كارآيي تجهيزات زمين هاي بازي خانگي آورده شده است.

استانداردهاي مربوط به محصولات مورد استفاده در مناطق در معرض خطر آتش سوزي نيز به شرح زير است:

۱۲-۷A-2

استانداردهاي مقاوم در برابر آتش براي پنجره هاي خارجي

۱۲-۷A-1

استانداردهاي مقاوم در برابر آتش براي ديوارهاي خارجي و پوشش ها

چوب پلاست ها چگونه ساخته ميشوند؟

محصولات چوب پلاستيك توسط شركت هاي مختلفي در سراسر دنيا توليد مي شوند كه با وجود تفاوت در فرآيند توليد و محصولات توليدي، عناصر يكسان بسياري در تمامي آنها به كار گرفته مي شود. اين قسمت به شرح مختصر اجزاي چوب پلاستيك ها و نحوه كنار هم قراردادن هر يك از آنها مي پردازد.

چوب:

هندسه ذرات

چوب مصرفي در WPCها به شكل ذرات خشك و با قوام پودري هستند كه در اصطلاح به آن ‘آرد چوب’ گفته مي شود. ماده خام اين محصول عموما به صورت خاك اره و يا تراشه هاي رنده چوب در دسترس است. كه براي تبديل به آرد چوب بايد دو مرحله كاهش سايز و طبقه بندي سايز بر روي آنها صورت بگيرد. بدين منظور، ذرات درشت ابتدا به وسيله آسياب چكشي و يا رنده الوار كوچك و خرد شده و سپس توسط ساييده شدن ميان صفحه هاي آسياب و يا چاقوهاي آن كوبيده مي شوند. همچنين آرد چوب را مي توان از كارگاههاي چوب بري و توليدكنندگان در و پنجره كه خاك اره از محصولات جانبيشان است نيز تهيه كرد. طبق تحقيقي در دانشگاه واشنگتن، نه تنها پسماندهاي خاك اره به همراه حداكثر ٢٥٪‏ تراشه مي تواند به خوبي براي توليد WPC ها و بدون كاهش چشمگير ويژگي هاي چوب پلاست، مورد استفاده قرار گيرند؛ بلكه ثابت شده است وجود تراشه ها باعث افزايش مقاومت WPCها در برابر رطوبت مي شود. همچنين براي توليد چوب پلاستيك ها، ميتوان از درخت هاي حشره زده، حتي با درجه بالايي از خرابي استفاده كرد. (ر.ش Yadama و ديگران. ٢٠٠٨)

آرد چوب، چه توسط كاهش سايز و چه به عنوان محصول جانبي كارگاه هاي چوب بري تهيه شود؛ شامل ذرات چوب با سايزهاي بزرگ و كوچك است كه به كمك صفحات دوار، مرتعش و يا نوسان دار طبقه بندي مي شوند. اندازه قطعات چوب معمولا با استفاده از شماره غربالهايشان توصيف مي شوند. به طور مثال، آردچوب با غربال ٢٠مش نشان دهنده آردچوبي است كه از غربال شماره ٢٠ استاندارد آمريكا عبور ميكند. با وجود اينكه كارخانه ها مي توانند از اندازه دلخواه خود استفاده ميكنند، عموما استفاده از آردچوب هاي سايز ١٠ الي ٨٠ غربالهاي استاندارد آمريكا رايج است. قيمت هر پوند نيز بين ٠.٠٥ دلار الي ٠.١٥ دلار متغير است.

يكي ديكر از ويژگي هاي مهم ذرات چوب موجود در چوب پلاستيك ها، نسبت ابعاد آنها است (نسبت طول به قطر) كه در حالت عادي اين مقدار بين ١ تا ٥ است. با وجود اينكه اِعمال فرآيند بر روي آردچوب با عدد نسبت كوچكتر، ساده تر است؛ اما نسبت هاي بزرگتر مي توانند باعث افزايش ويژگي هاي مكانيكي از جمله استحكام، كشيدگي و انرژي ضربه شوند. بايد توجه داشت كه تجهيزات كوچك سازي و دسته بندي قطعات چوب بر روي نسبت ابعاد تاثيرگذار است.

گونه هاي چوب:

همانند ساير محصولات چوبي، صرفه اقتصادي و دسترسي محيطي، در انتخاب نوع چوب تاثير به سزايي دارند اما اكثرا براي WPCها با مصارف تجاري از چوب كاج، افرا و بلوط استفاده ميشود.

 در آزمايشگاه، WPCهايي از جنس چوب درخت توت آمريكايي، گردو، صنوبر زرد، گردوي آمريكايي، عرعر، گز و درختهاي آلوده به نوعي آفت توليد شده و تحقيقات بر روي آنها حاكي از آن است كه گونه استفاده شده در چوب پلاست ها تاثير اندكي بر روي ويژگي هاي مكانيكي محصولات نهايي دارند، اما ميتوانند بر روي ويژگي هاي پردازشي آنها موثر باشند. از نقطه نظر عملي، گونه خاصي براي محصولات تعيين نشده است بلكه همان نوع ارزان و در دسترس مورد قبول و تاييد است.

تحقيقات اخير نشان داده اند كه استفاده از گونه هاي خاص مي توانند ويژگي هاي منحصر به فردي را به محصولات نهايي بيافزايند. به طور مثال كامپوزيت هاي ساخته شده از درخت گيلاس و يا سرو قرمز در مقايسه با ساير گونه ها مقاومت بيشتري در برابر جذب آب، تورم و پوسيدگي دارند.(ر.ش Kim و سايرين. ٢٠٠٨)

علاوه بر گونه هاي مختلف درختي قابل استفاده در WPCها، از انواع فيبرهاي طبيعي از قبيل كتان، كنف و كناف، پوسته برنج، فيبرهاي موجود در برگ و دانه هايي چون كتان، ميوه هايي از قبيل پوسته يا الياف زبر نارگيل و الياف ساقه مانند كاه نيز براي ساخت كامپوزيت هاي پلاستيك فيبر استفاده ميشود. استفاده از برخي از اين مواد به دليل محتوي بودن سيليس و موم كوتيكول، مي تواند منجر به افزايش مراحل فرآيند توليد شوند.(ر.ش Rowell و ديگران. ١٩٩٧)

برای مشاهده پروفیل های چوب پلاست اینجا را کلیک کنید.