مصالح نوین کامپوزیت چوب پلاستیک
کامپوزیت چوب پلاستیک به طور گسترده در ایالات متحده استفاده می شود آنها توسط مخلوط کردن ذرات چوب به شکل پودر با پلاستیک های بازیافتی ساخته می شوند . بازار کامپوزیت چوب پلاستیک آمریکای شمالی تقریبا به فروشی بالغ بر ۱ میلیارد دلار رسیده است. پس از افزایش ۲۰۰ ٪ فروش بین سال های ۲۰۰۱ و ۲۰۰۶، انتظار می رود که ۲۰ ٪ رشد سالانه در ۵ – ۶ سال آینده رخ دهد. با افزایش ظرفیت کامپوزیت چوب پلاستیک، محصولات جدیدی مانند چهارچوب درب ها، نرده ها و قاب پنجره ها توسعه یافته‌اند.
مراحل اصلی تولید و خواص کامپوزیت چوب-پلاستیک:
به طور کلی، ساخت کامپوزیت چوب پلاستیک یک فرایند دو مرحله ای است. ترکیبی از چوب و گرمانرمی مانند پلی اتیلن چگالی بالا (HDPE)، پلی اتیلن چگالی کم (LDPE) و پلی وینیل کلرید (PVC) با هم مخلوط خمیر مانند یکنواختی تشکیل می دهند. این فرایند اختلاط می تواند به صورت یکجا یا توسط فرایندهای پیوسته ای انجام گیرد. علاوه برچوب اصلی با اندازه دانه ها در محدوده ۲۰ – ۶۰ مش، عوامل جفت کننده پلاستیک ها، تثبیت کننده، عامل کف زای یا رنگ نیز اضافه می گردند تا خواص محصول نهایی را برای کاربردهای خاص افزایش دهند. به عنوان مثال، روغن ها ظاهرسطوح کامپوزیت را بهبود می بخشند.
به طور کلی سه روش معمول برای ساخت کامپوزیت چوب پلاستیک وجود دارد:
- روش اکستروژن: که در آن کامپوزیت مذاب با نیرو از قالب عبور می کند و در شکل 1 نشان داده شده است. در مورد روش قالبگیری تزریقی، کامپوزیت مذاب به قالب سرد تزریق می گردد . یک سوم فشار مذاب بین کامپوزیت دو نیمه قالب بوجود می آید. اکثریت کامپوزیت های چوب پلاستیک توسط فرایند اکستروژن (بیرون رانی)، که با استفاده از انواع مختلف اکستروها (بیرون آورها) همچون تک پیچ یا دو- پیچ که برای تشکیل شکل نهایی استفاده می شوند، تولید می گردند. تصاویر ۲، ۳ و ۴ نمونه هایی از محصولات چوب پلاستیک و نمودار جریان وسیر مواد در کارخانه در فرایند تولید معمول را نشان می دهند.
- روش کوپلینگ: بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک به برهم کنش بین چوب و مواد گرمانرم بستگی دارد. یکی از موثرترین روش ها برای بهبود این برهم کنش از طریق عامل جفت شدن (کوپلینگ) به عنوان یک افزودنی ایجاد می گردد. به طور کلی، این مواد افزودنی به سازگاری بین چوب هیدروفیلیک که رطوبت را به راحتی جذب می کند و پلاستیک هیدروفوبیک که تمایل به آب ندارد، کمک می کنند و به تشکیل کامپوزیت تک فاز کمک می کنند و محصولی با ثبات فرم واندازه بهتر از چوب جامد را نتیجه می دهند.
- روش کاروتید: چوب سنتی که با اعمال فشار و آرسنات مس کرومات (کاروتید) بیشتر ایجاد می شود، به دلایل بهداشتی و آلودگی محیط زیست در میان کاربران با نارضایتی رو به رشدی مواجه شده است. علاوه بر این، از دسامبر سال ۲۰۰۲، استفاده از ترکیبات چوب آرسنیکی درجاهایی که تماس مستقیم با انسان وجود دارد همانند عرشه کشتی، تجهیزات زمین بازی یا میز پیک نیک ممنوع شده است.
استفاده از کامپوزیت چوب پلاستیک، در شکل صفحات جامد وهمچنین ساختار لوله ای همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است، به عنوان یک جایگزین برای محصولات چوبی بعنوان مواد بسیار محبوب مورد استفاده است.
برخی از مزایا و معایب کامپوزیت چوب-پلاستیک:
بزرگترین مزیت کامپوزیت چوب پلاستیک سازگاری با محیط زیست، از طریق ساخته شدن از چوب های زائد و مواد پلاستیکی بازیافتی می باشد. کامپوزیت چوب پلاستیک هزینه نگهداری کمتری در مقایسه با چوب سخت دارد. یکی از دلایل اصلی برای رشد سریع کامپوزیت چوب پلاستیک هزینه های کم آن در چرخه زندگی این کامپوزیت می باشد. به طور کلی، عرشه از جنس کامپوزیت چوب پلاستیک هزینه تولید حدود ۱۵ درصد بیشتر نسبت به عرشه از جنس چوب های تولیدی به روش اعمال فشار را دارا می باشد، اما نیاز به هزینه نگهداری پایین تری دارد. دوره بازپرداخت واقعی این کامپوزیت نسبت به چوب های تولیدی به روش اعمال فشار مورد استفاده در ساخت عرشه درحدود ۳ تا ۵ سال برآورد شده است. ثبات ابعادی عالی به همراه تنوع کمتر این کامپوزیت نیز می تواند به عنوان یکی دیگر از مزیت های اصلی محصولات چوب پلاستیک در نظر گرفته شود.
بسیاری از تحقیقات در بسیاری از کشورها بر دوام و طول عمر بالای کامپوزیت چوب پلاستیک و علاقه‌مندی زیاد در استفاده از آنها در فضاهایی باز، متمرکز شده است.
در حقیقت، کامپوزیت چوب پلاستیک در اصل به عنوان کامپوزیتی مقاوم در برابر پوسیدگی های طبیعی و همچنین مقاوم در برابر قارچها و حمله حشرات، به بازار عرضه شد. با این حال، دیده شده که کامپوزیت چوب پلاستیک جذب کننده رطوبت و در نهایت محتمل فروپاشی، اما با سرعتی بسیار کندتر از چوب جامد است. انبساط حرارتی، خزش( تغییر شکل وابسته به زمان)، چگالی بالا و رنگ آمیزی دشوار برخی از معایب کامپوزیت چوب پلاستیک می باشد.
مواد مورد استفاده در ساخت کامپوزیت چوب-پلاستیک:
ترموپلاستیک‌های رایج مورد استفاده در این صنعت، PVC، پلی‌اتیلن (به ویژه پلی‌اتیلن سنگین) و پلی‌پروپیلن هستند. موادی نظیر پلی‌استایرن و ABS در درجه دوم اهمیت قرار می‌گیرند.در کامپوزیت‌ها بنابر کیفیت درخواستی، مواد نو یا آسیابی مورد استفاده قرار می‌گیرند. جدول 4-1 به صورت خلاصه کاربرد کامپوزیت‌ها را به همراه رزین مصرف شده در آنها شرح داده است.
تعدادی از افزودنی ها به همراه کاربردشان درجدول4-2 شرح داده است.
فرآیندهای ساخت قطعات چوب-پلاستیکی:
در این قسمت شرحی از دو نوع فرآیند اکستروژن و تزریق . بکار رفته در شکل دهی کامپوزیت های بهینه شده آمده است. البته از فرآیندهای دیگری نظیر قالبگیری چرخشی، غلتکرانی، شکل دهی حرارتی و قالبگیری فشاری هم برای شکل‌دهی این کامپوزیت‌ها استفاده می‌شود.
فرآیند اکستروژن و انواع دستگاه‌های اکسترودر:
اکستروژن به طور خلاصه به فرآیندی اطلاق می شود که عملیات انتقال، اختلاط و ذوب را همزمان در دستگاهی به نام اکسترودر انجام دهد. اکسترودرهای تک و دو ماردون در گروه اکسترودرهای پیچشی قرار می‌گیرند.شکل ۱-۷ قسمت‌های مختلف یک دستگاه اکسترودر مواد پلیمری را نشان می‌دهد.
فرآیند قالبگیری تزریق:
قالبگیری تزریقی روش ایده آلی برای ساخت محصولات پلاستیکی درحجم تولیدانبوه می باشد. جدول زیر روند تحول صنعت قالب گیری تزریقی را نشان می دهد.
اصولاً قالب گیری تزریقی فرآیندی است که طی آن، ماده ی گرمانرمی به شکل خاکه یا دانه گونه از طریق قیف تغذیه به محفظه ی اکسترودر هدایت و در آنجا حرارت دیده، نرم و ذوب می شود و سپس با عبور از افشانک با فشار به داخل قالب نسبتاً سردی رانده شده که هر دو نیمه اش کاملاً به یکدیگر جفت شده اند. پس از گذشت زمان لازم برای سرد و جامد شدن پلاستیک، قالب باز شده و قطعه از آن خارج می شود.
این فرآیند به کمک دستگاه تزریق انجام می‌گیرد که شماتیکی از این دستگاه در شکل8-1 نشان داده شده است.
برای مطالعه بیشتر کلیک کنید.
منابع:
