مقاومت به فشار و کشش و مدول الاستیسیته مواد مرکب

مقاومت به فشار و کشش و مدول الاستیسیته مواد مرکب

مقدمه

مقاومت به فشار و کشش و مدول الستیسیته مواد چوب پلاستیک ( چوب پلاستیک ((WPCدر حد استانداردهای لازم برای اینگونه مواد نیست.این مقاومتها مورد قبول معیارهایlec-Ec  یا دیگر شرایطرا دارا نمی باشد.از این رو ما انها را بصورت مختصر برسی خواهیم کرد.در ازمون کششی نمونه ها  از انتها در گیره سفت شدهو تحت کشش قرارمیگیرند.شکل "گردن سگی"نمونه ها به خاطر به حداقل رساندنشکست های مشابهدر نمونه ها در گیرهیا نزدیکی ان میباشد. شکل دقیق(معوج) نمونه ها در استاندارد ASTM d638(ازمون تعیین خواص کشش پلاستیکی)شرح داده شده است.

خلاصه:

معمولا چیز رایج در ازمایشهای کشش افزایش طول نمونه هاستکه تحت کشش ازمایش به وجود می اید افزایش طول معمولا به درصد کشش در فاطله مقیاس (فاصله بین دو نقطهدر وسطشکل سگ گردنی)بیان میشودبه عبارت دیگر درصد افزایش طول مساویتنش کششی ضربدر 100

در یک آزمون فشارینمونه ها اغلب به شکل یک منشورصافی که طولش دو برابر عرضش است می باشد سپس تحت فشار قرار میگیرد.

تعاریف و معادلات اصلی

برای یک ازمون کششی یا فشاری،مساحت مقطع عرضی (عرض×ضخامت)نمونه ها بایستی مشخص شود.کشش یعنی مقدار نیرو بر واحد سطح(A).                                      STRESS (E) P/A

مقاومت کشش نهایی مقدار تنش کششی نمونه ها در لحظه گسیختگی میباشد برای نمونه های مستطیل شکل ماکزیموم مقاومت کششی برابر است با :T=P/bd کهTماکزیموم مقاومت کششی به PS،Pبار نهای به پوند،bعرض نمونه ها به اینچ Dضخامت نمونه ها به اینچ کرنش در ازمون کششی نسبت افزایش طول به طول اولیه می باشدکه معمولا به صورت زیر محاسبه میشود :

STRAIN(e)=?L/L×100  ماکزیموم درصد افزایش طول (در نقطه شکست) یعنی طول نمونه ها در لحظه شکست مدول الاستیسته فشاری یا کششی یعنی نسبت تنش به کرنش به کرنش در روی هر نقطه بر روی سطح همواراولیه منحنی

تنش کرنش(خیز ناشی از بار)                       E=?/∑(PSI)

مدول الاستیسیته برابر است با                        E=PL/?Lbd

که در ان Pبار دلخواه بر روی بار نقشه تغیر شکل کل L طول نمونه ها به اینچ ?Lافزایش طول نمونه ها تحت بار Pبه اینچ Bعرض اولیه نمونه ها به اینچ وd ضخامت نمونه ها به اینچ

تو صیه های ASTM

دستور العمل های ASTMدستور العملهای را برای تعیین خواص کششی مواد با استفاده از یک آزمون که شکل نمونه های ان به شکل دمبل با ضخامت بین 1.0میلی مترو 14 میلی متررا شرح میکند استاندارد ASTMجاهایی برای مقایسه مستقیم نتایج مطلوب است توصیه میشودکه همه نمونه ها بایستی دارای یک ضخامت باشند

دستور العمل ASTMیک ماشین معمولی ازمایش کشش را شرح کیدهد که این ماشین ترکیبی ار اعضای ثابت و قابل تعویض و گیرها (گیره های ثابت یا قابل تنظیم )سیستم حرکتی ،شاخص بار گذاری و شاخص بار کششی در راس مقطع عرضی و دستور العمل ازمون همچنین ابزار های مناسب (کشش سنج ها ) را شرح میدهد که میتواند استفاده شوند برای تعیین فاطله بین دو نقطه مشخص شده بر روی فاصله مقایس در نمونه های تحت کشش.از انجایی که مواد ازمایش شده میتوانند دارای ضخامت های مختلف نسبت به نمونه اولیه شان داشته باشد برای مثال هنگامی که پلاستیک سخت و نیمه سخت یا مواد مرکب تقویت شده آزمایش می شدند نمونه های از مایش به پنج گروه کوچک بسته به ابعاد تو صیه شده نمونه ها تقسیم میشدند . این ابعاد بصورت کاملا ریز در دستور العمل ازمون ASTMشرح داده شده است . نمونه های ازمون را میتوتن با ماشین کاری ، برش کاری ، قالب گیری تهیه کرد.

برای مواد ایزو ترو پیک حداقل پنج نمونه برای هر الگو بایستی ازمایش شود و برای مواد غیر ایزو ترو پیک ده نمونه بایستی ازمایش شود که از این تعداد پنج نمونه بطور معمولی و پنج نمونه مواز یالیاف مقطع بزرگ نمونه بار گذاری میشود.سر عت بار گذاری میتواند از یک میلی متر در دقیقه تا 500میلی متر در دقیقه ، بسته به نوع نمونه ودر جه صلبیت مواد میباشد بطوری که شکست ظرف سی ثانیه تا پنج دقیقه بعد از شروع ازمایش اتفاق می افتد.

محاسبه مقاومت کششی و مدول الاستیسیته کششی در متن بالا شر ح داده شده است.

مقاومت کششیب را میتوان در لحظه شکست نقطه تسلیم برای پلاستیک ها وقتی که کمان تنش در مقابل کرنش مشخص میشود یک تغییر شکل رو به افزایش بدون افزایش نیرو اغلب دیده میشود به عبارت دیگر ان اولین نقطه بر روی منحنی تنش کرنش است که در ان افزایش کرنش با افزایش تنش همراه نیست نقطه ای که بر ان یک کمان ابتدا بصورت یک رفتار دو نقطه شکست تلقی میشود.نقطه تسلیم شکست همچنین به عنوان اولین نقطه بر روی منحنی تنش کرنش در هنگامی که کمترین انحراف را نشان میدهد شناخته میشود .

در این نقطه مقاومت کششی در لحظه شکست اندازه گیری میشود به عبارت دیگر وقتی نمونه بر اثر افزایش بار شکسته میشود مقاومت کششی بر اثر شکست تعیین و گزارش میشود. ASTMd 638-53برای چندین نوع پلاستیک ، از جمله پلی پروو پیلن در هفت ازمایش گاه و با استفاده از نمونه های نوع یک ،با ضخامت 0.125اینچ انجام شد نتیچه هر ازمایش بر اساس پنج محاسبه مجزا میباشد . هر ازمایشگاه برای هر ماده دو نتیجه بدست اورده .مدولالاستیسیته کششی پلی اتیلن در داخل ازمایشگاه 8900±210000PSIو71000±210000PSIبین همه ازمون های ازمایشگاه بود . مقاومت کششی در لحظه شکست برای پلی پروپلین در بین ازمون یک ازمایشگاه 22±3630PSIودر بین کل ازمونهای ازمایشگاه 161±3630PSIبود .

افزایش طول در لحظه شکست به ترتیب در داخل ازمون بار یک ازمایشگاه و در بین نتایج کل ازمایشگاه ها 0.45±8.79 و5.9±8.8 درصد بود. مقاومت کشش در لحظه شکست برای پلی پروپلن در بین ازمون های ازمایشگاه 1450±2970PSIو1650±2970PSIبین همه ازمون های ازمایشگاهی بود .

دستور العمل ASTMاشره میکند که ارقام مقاومت کشش به افزایش طول در لحظه شکست برای پلی پرو پلن های تقویت شده معمولا خیلی متغیر است که این به خاطر دم ثبات در گردنه محل تحت کشش در مرکز نمونه های تحت ازمایش می باشد بنابر این دستور العمل های ASTMاستفاده از مقاومت کششی و افزایش طول در لحظه شکست به عنوان ازمون جواب ده (مناسب)که در بیشتر موارد به مزایای ویژه ان مربوط است را توصیه میکند.

برای پلاستیک های پلی استایلن دستورالعمل ASTMارقام زیر را برای مقاومت کششی در لحظه شکست که از10 ازمایشگاه متفاوت به دست آمده را بیان میکند.(جدول 1-8)

افزایش طول درنقطه شکست کششی از هشت آزمایشگاه به دست آمده است(جدول2-8)

توصیه های نویسنده در دستورالعمل 53-638 ASTMاین اطلاعات در فرم های متفاوتی نظیر 1.23±9.63 درصد داده شده است .این این گونه اطلاعات خیلی معتبر نبوده و به علت ظاهر دقیق گمراه کننده می باشند.

ابتدا وقتی که میانگین انحراف اطلاعات بیشتر از یک رقم باشدکمی بر روی ارقام بزرگ مثل 9.63 دارد که ان بیانگر ان است که کهاندازهگیریها با دقت سه رقم در حالی که اندازه گیری های یک رقم هم جای ایراد دارد .دوم انحرافاتندرتابا دقت بیشتر از 30 درصد تعیین میشود که آن ارقام 1و2و3را تداعی میکنند که آن یک پیام گمراه کننده مبنی براینکه انحرافات با دقت بیشتر از یک درصد مشخص شده استرا میرساند .

بهترین شکل ممکن اطلاعات درجدول بایستی با دقت 1.2±9.6 درصد داده شود حتی در صورت استفاده از دقت 1±10 درصد میتواند عالی باشد.

مقاومت به کشش در لحظه گسیختگی به دست آمده از 9 آزمایش (با سرعت بارگذاری 20 اینچ در دقیقه )در جدول 3-8 نشان داده شده است .افزایش طول در لحظه شکست که از 19 آزمایشگاه(با سرعت 10 اینچ بر دقیقه) به دست آمده در جدول 3-8 نشان داده شده است.

استاندارد 5083D  ASTM در مورد روشهای آزمایش خواص کشششی پلاستیــک های گرما ســخت تقویت شده با نموـنه های چهار گوش.

این دستورالعمل ویژه ASTM مستقیما  به چوب و مواد گرما نرم مربوط نیست و بنابراین به صورت اختصار در اینجاداده شده است. این دستورالعمل برای تعیین خواص کششی پلاستیک های گرما سخت تقویت شده توصیه شده است. این آزمایش محـــدود شده است به استفاده از شیشه های تقویت شده گرما سخت که اختلاف عمده استاندارد 638D ASTM استفاده از نمونه های شبیه استخوان سگ که در استاندارد 5083D ASTM از نمونه های دارای پهنای اسمی یکسان استفاده میشود.

روشهای آزمایش را می توان برای آزمایش مواد با ضخامت حداکثر0.55 اینچ استفاده کرد . وسیله قابل توصیه برای روش 5083D ASTM شبیه به روش 638D ASTM میباشد.

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مصطفی برزگر  |  نظر بدهید

آنتی اکسیدان ها :

تخریب اکسایشی زمانی آغاز می شود که توسط عاملی مثل حرارت ،اشعه ماورای بنفش "UV"  وبرش مکانیکی "shear" ویا ناخالصی فلزی  رادیکال های آزاد ایجاد شوند وظیفه آنتی اکسیدانها جلوگیری از تخریب اکسایشی در هنگام تولید و مصرف محصولات WPC   است .

 

آنتی اکسیدان ها را به دو دسته زیر می توان تقسیم کرد :

1-    ترکیباتی که عمل جارو کردن رادیکالهای آزاد را انجام می دهند واکسایش را متوقف می کنند

 مثل فنل ها

2-    ترکیباتی که مواد واکنش پذیر را خنثی می کنند مثل تجزیه کننده ها وهیدرو پراکسیدها

کند سوز کننده ها :

 این ترکیبات سوختن کامپوزیت را به تاخیر می اندازند وبر اساس مکانیزم به3 گروه تقسیم می شوند :

1-    گروهی که از طریق آزاد سازی آب وجذب گرما جهت تبخیر آب موجب کندی اشتعال می شوند.

مثل آلومنیوم تری هیدرات " ATH "

2-    گروهی که یک لایه عایق بر روی محل اشتعال ایجاد می کنند و مانع از رسیدن اکسیژن می شوند.

مثل فسفات استرها

3-    گروهی که از انجام واکنش های شیمیائی تقویت کننده شعله ، جلو گیری می کنند .

مثل ترکیبات آروماتیک حاوی برم

اصلاح کننده های ضربه :

یکی از شایع ترین مشکلات کامپوزیت های الیاف طبیعی / پلاستیک مقاومت کم انها به ضربه  می باشد که برای اصلاح این نقیصه در صنعت "WPC" نیز مثل صنایع پلاستیک از الاستومرها استفاده می شود و درکامپوزیت های ABS – MDA  واکریلات ها از ترکیبات اصلاح کننده ضربه استفاده شده و می شود .

پایدار کننده های حرارتی :

معمولا از فلزاتی همچون" سرب ، کادمیم ، قلع ، باریم روی ، کلسیم روی  و منیزیم روی " برای به تاخیر انداختن تخریب حرارتی استفاده می شود . البته سرب وکادمیم به دلیل محدودیت های زیست محیطی و سمی بودن شان تقریبا منسوخ شده اند امروزه بیشتر از ترکیبات مخلوط باریم ، کلسیم ومنیزیم روی بیشتر استفاده می شود .

 پایدار کننده های نوری "UV":

کامپوزیتها در برابر تابش امواج ماورائ بنفش دچار ترکهای سطحی ،  تغیر رنگ و کاهش خواص مقاومتی می شوند لذا برای جلوگیری از تاثیرات مخرب تابش اشعه uv  از ترکیبات پایدار کننده نوری استفاده می شود تا از تخریب نوری ماتریس پلیمری والیاف طبیعی جلو گیری کند .

بنزو فنال ها ، آمین ها و بنزو تری آدون ها از جمله ترکیبات مهم این گروه مواد افزودنی هستند .

رنگی کننده ها :     

برای تولید محصول با رنگ دلخواه از مواد رنگی کننده های متداول در صنعت پلاستیک  (رنگ و رنگدانه) استفاده می شود

تفاوت رنگها با رنگدانه ها در این است که رنگها در پلاستیک حل می شوند ولی رنگدانه ها قابلیت حل شدن در پلاستیک را ندارند ودر اثر توزیع وپراکنش در محصول رنگ ایجاد می کنند.

عوامل فوم ساز:

پلی اتیلن وپلی پروپیلن استحکام مذاب پایینی دارند و تولید محصول فومی از آنها مشکل است وتولید فوم بیشتر در محصولات بر پایه  PVC و  PS انجام می شود.

1-  فوم ساز هائی که در اثر حرارت تجزیه شده واز خود گاز متصاعد می کنند و این گاز در فرآیند تولید باعث ایجاد فرم اسفنجی در محصول می شود  سدیم بیکربنات ، هیدرو کربن ها ، ایزو پنتال و سیکلو پنتان از این گروه ترکیبات به شمار می روند .

2-  فوم سازهائی که در اثر واکنش شیمیائی گاز آزاد می کنند فنیل تترا زول ، آزو دی کربونیل ، تولوئن سولفوئید هیدرازید نیز جزو این گروه از ترکیبات به شمار می روند که از بین عوامل فوم ساز ترکیب آزو دی کر بونیل  کاربرد وسیعتری دارد .

 

 

3-  مزیت استفاده ازعوامل فوم ساز: استفاده از این ترکیبات درساخت محصول هم باعث افزایش مقاومت به ضربه می شود  وهم دانسیته بالای محصول رادر حد  7 /0گرم بر سانتی متر مکعب  کاهش می دهد . (کامپوزیت با 50% الیاف طبیعی دارای دانسیته بالای 1گرم بر سانتی متر مکعب است )

 

 

                    ** : الزاما باید استفاده شود               * : گاهی بر حسب مورد استفاده می شود

مباحث زیست محیطی

"و جستاری پیرامون استفاده از باگاس و پلاستیکهای ضایعاتی برای تولید چوب پلاستیک در کشور "

مقدمه:

اوج گیری بحرانهای زیست محیطی در چند دهه اخیر، بنیان منابع زیستی جهان را در معرض خطری جدی قرار داده است ، دراین اوضاع تمام دولتها به فراخور توان ، دانش وفن آوری خود در جهت مهار کردن خسارات وارده به محیط زیست ؛ برداشت بی رویه از منابع طبیعی وکاستن ازحجم آلودگی های تحمیلی به محیط زیست اقدام کرده اند . اگر تمایل بی انتهای انسان به توسعه وبرخورداری هرچه بیشترازمواهب ومنابع کره زمین در چهار چوبی منطقی مهار نشود بدون تردید موجب تهی شدن سریع زمین از این مواهب ومنابع حیاتی خواهد شد . یکی از چالش برانگیزترین مسائل در این عرصه ، زباله ها و مواد زاید است که می توان گفت محصول مصرف وتوسعه تکنولوژی درسطح جهان می باشند

پیشرفت وتوسعه جوامع بشری از یک سو وگسترش صنایع از سوی دیگرباعث شده تا زمین از زباله مملو وانسان به ماشین تولید زباله تبدیل شود ؛ رواج فرهنگ مصرف گرایی و نیزروی آوردن بشرامروزی به تولید واستفاده از مواد مصنوعی تجزیه ناپذیر در طبیعت نیز برشدت موضوع می افزاید در این میان به دلیل محدود بودن منابع کره زمین، اندیشمندان به تفکر در مورد آینده این زیست کره وادار ساخته است . در سالهای اخیر پروژه های بزرگ صنعتی برای تفکیک ، بازیافت فرآوری جهت استفاده مجدد آن درفرآیند تولید احداث شده ویا در حال احداث می باشد که مهمترینشان عبارتند از : بازیافت کاغذهای ضایعاتی جهت تولید مقوا ، بازیافت مواد پلاستیکی ، بازیافت انواع لاستیکهای فرسوده ، جمع آوری وبازیافت خودروهای فرسوده ، بازیافت انواع پسمانده های صنعتی واستفاده از ضایعات مواد زراعی برای تولید محصول ، انرژی و دهها طرح وپروژه دیگر . .به عنوان یک نمونه ازپروژه های موفق دراستفاده ازمواد کشاورزی شرکت ایتالیایی " Eco plan  " را می توان نام برد که در کنار یک کارخانه روغن کشی زیتون تاسیس شده است واز پسمانده هسته های زیتون که سابقا توسط این کارخانه دور ریخته می شد و نیزاستفاده از پلاستیک های بازیافتی به نسبت 50 - 50 اقدام به تولید محصول کامپوزیت WPC  نموده وبه این ترتیب با تاسیس یک کارخانه علاوه بر تولید ارزش افزوده واشتغالزایی ، دوماده مزاحم محیط زیست ودور ریختنی را به محصولی با کیفیت و پرکاربرد تبدیل می کند .  توجه همگاني به شرايط محيطي علاقه‌مندي مجددي را در كاربرد الياف طبيعي ايجاد كرده است. بازيافت و لحاظ شرايط محيطي براي معرفي كامپوزيتهاي جديد به بازار از اهميت روز افزوني برخوردار است. قوانين محيط زيستي و فشار مصرف كننده، باعث شده است كه توليد كنندگان مواد و قطعات، اثرات محصولات خود در محيط زيست را در تمام مراحل كار بسنجند. اين نكات باعث شده است در سالهاي اخير كارهاي زيادي در ساخت مواد كامپوزيتي بر پايه منابع تجديد پذير از جمله الياف طبيعي انجام بگيرد. اخيرا صنعت خودرو سازي به كاربرد كامپوزيتهاي الياف طبيعي به عنوان يك راه خدمت به محيط زيست و در عين حال رعايت مسايل اقتصادي، توجه جدي داشته است. كاربردهاي ديگر نيز در صنايع ساختمان در حال پيدايش هستند شرايط آب و هوايي، عمر و فرآورش نه تنها بر ساختار الياف، بلكه بر تركيبات شيميايي الياف اثر مي‌گذارد.

لذا قوانین ومقررات بسیاری درکشورهای مختلف جهان از سوی دولتها برای صیانت ، حفظ وکاهش تخریب منابع طبیعی تدوین شده واجرا می گردد موثرترین وعاقلانه ترین  تدبیر و راهکاراستفاده مجدد اززباله ها ومواد ضایعاتی یا همان بازیافت (Recycling  ) می باشد ؛ این کارموجب کاستن از حجم زباله های صنعتی وشهری می شود به علاوه اینکه ازوارد شدن فشار بیش از حد به منابع طبیعی برای تامین مواد اولیه  جلوگیری می شود . اطلاق واژه طلای کثیف به زباله دور از واقع نیست .  در این راستا دولتها ، سازمانها ونهادهای اقتصادی هر کدام به شکلی وارد این عرصه شده وپروژه هایی را تعریف واجرا نموده اند . در کشور ما نیز به دلیل وجود منابع عظیم باگاس مطالعه وتدوین پروژه هایی که با هدف استفاده از باگاس به عنوان مواد اولیه صنایع طراحی شده انجام گرفته ومی گیرد . یکی از این پروژه ها استفاده از ضایعات صنایع تولید شکر برای تولید محصول کامپوزیت چوب پلاستیک می باشد که با توجه به حجم روز افزون پلاستیکهای ضایعاتی و باگاس بلااستفاده ونیز فقردر میزان سرانه منابع جنگلی این مورد خاص در کشورمان ایران بسیار و بسیار جای پرداختن دارد.

·       استفاده از باگاس و پلاستیکهای ضایعاتی برای تولید چوب پلاستیک در کشور

نگاهی به وضعیت جنگلهای شمال کشور که تنها منبع داخلی تامین چوب آلات ومصنوعات چوبی ومحصولات کاغذی است ، حساسیت وآسیب پذیری آن را به وضوح نمایان می سازد ولزوم یافتن واتکا به منابع جایگزین را برای صنعت چوب وکاغذ وصنایع سلولزی خود نمائی می کند . در حال حاضر بزرگترین کارخانجات صنایع چوب وکاغذ کشوردراین منطقه واقع شده اند که این موضوع افزایش میزان تقاضا برای برداشت چوب و به تبع آن تخریب عرصه های جنگلی را شدت بیشتری می بخشد .

بدیهی است که اگر سالیانه 2میلیون تن باگاس واردعرصه صنعت کشور شود ودر صنایع محتلف کاغذ وخمیر ، تخته های فشرده وچوب پلاستیک مورد استفاده قرار گیرد ، حجم قابل توجهی از فشار وارده براین منابع محدود جنگلی برداشته خواهد شد و پایداری نسبی آن تاحد زیادی تضمین خواهد شد.با توجه به این که پیوندهای شیمیایی در مولکولهای پلاستیک بسیار بالا وقوی می باشند لذا  تجزیه آنها درخاک وتوسط میکروارگانیسم ها به دشواری ودر طی زمان طولانی ( بین 50 تا 100 سال وگاهی هم بیشتر) صورت می پذیرد .

 متاسفانه در کشور ما نیز مشابه دیگر نقاط جهان استفاده از مواد پلاستیکی به طرز وسیعی رایج شده وسپس گسترش یافته است وبه تدریج انواع پاکتهای پلاستیکی جای کیسه های کاغذی را در میوه وخوار بارفروشیها گرفته اند. و هر ایرانی در خرید روزانه خود دست کم دو – سه کیسه پلاستیکی را از فروشنده دریافت می کتد که پس ازساعتی روانه سطل زباله شده وسرانجام به اماکن دفن زباله راه می یابد علاوه بر این جایگزین شدن بطری های پلاستیکی یکبار مصرف _ موسوم به  PET _ را با بطری های شیشه ای شیر ونوشابه وانواع مایعات دیگرکه هنوز همه ما آنها را به خوبی در یاد داریم شرایطی را در کشور به وجود آورده که در همه جا از سواحل دریای خزر تا بیابان ،رودخانه وکوهستان ودر نهایت خلیج فارس به هر جا نگاه کنیم می بینیم که چگونه طبیعت با این بطری های ساخته شده از مواد تجزیه ناپذیرآلوده شده ؛ دیدن بطریهای شناور درتمامی آبهای روان به منظره ای آشنا تبدیل شده است . به خوبی روشن است که جمع آوری و بازیافت این مواد مضر برای محیط زیست خود بزرگترین مزیت زیست محیطی این اقدام می باشد؛ در صورت اختلاط آن با باگاس که آن نیز به نوبه خود یک ماده مزاحم برای محیط زیست است ، تولید محصول کامپوزیت چوب پلاستیک مزیتی مضاعف ومکرر محسوب می شود .

 در ادامه ابتدا با این منبع غنی آشنا شده ومیزان تولید آن در ایران، کاربردهای مختلف ونحوه ومیزان استفاده از آن ودر نهایت امکانات بالقوه استفاده در تولید چوب پلاستیک مورد بحث قرار می گیرد .

 

·        باگاس چیست ؟  

 

یکی از مواد استحصالی حین تولید در کارخانجات شکرماده ای به نام باگاس است که در حقیقت پسمانده وتفاله نیشکر پس از شربت گیری می باشد . باگاس به صورت توده وتراشه های  فیبری خشک و متراکم یک ترکیب دارای رنگ زرد کاهی و حاوی الیاف سلولزی است ، ماده بسیار پر ارزشی که بیش از 34% وزنی ساقه گیاه نیشکر را در برمی گیرد و از آن می توان در تولید انواع صفحات فشرده چوبی ، کاغذ ، مواد شیمیایی ، الکل ، خوراک دام و... استفاده نمود .

 

مصارف مختلف  باگاس در جهان

باگاس به دلیل خواص فیزیکی و شیمیائی خاصی که دارد ، گستره مصارف متنوعی در جهان و ایران دارد (یا می تواند داشته باشد) که درزیر به طور خلاصه به آنها اشاره می شود:

1- باگاس به عنوان سوخت تولید بخار          2- تولید برق           3-استفاده از باگاس فشرده به عنوان هیزم 

   4- تولید زغال        5- تولید گاز متان ، متانول     6- تولید کاغذ وخمیرکاغذ  7- تولید تخته های فشرده مثل فیبر              8- سایر صنایع ومصارف

1- باگاس به عنوان سوخت جهت  تولید بخار:  باگاس به ویژه پس از بروز بحران انرژی در جهان،به عنوان سوخت  مورد توجه قرار گرفته وبسیاری از کارخانجات تولید شکر خام از نیشکر، به عنوان سوخت اصلی بهره می برند.

2- تولید برق: ازانرژی حاصل از سوزاندن  باگاس در نیروگاهای تولید برق که از کوره های بخار بهره می گیرند،

3-استفاده به عنوان هیزم: باگاس پس از فشرده و پرس شدن، قابل تقسیم به قطعات مناسب و قابل حمل بوده و می تواند جایگزینی مناسب برای هیزم به عنوان سوخت خانگی باشد.

4- تولید زغال : روش تولید زغال از باگاس مشابه تولید زغال از هیزم وساقه درختان است ولی در مورد باگاس عمل کربنیزه کردن می بایستی دو مرتبه انجام پذیرد.استفاده از زغال باگاس نیز درکشور ما می تواند جایگزین مناسبی برای زغال چوب باشد.

5- تولید گاز متان ، متانول : در اثر تخمیر وپوسیدن سلولز موجود در باگاس مخلوطی از گاز متان ودی اکسید کربن تولید می شود .همچنین امکان تولید گاز متانول نیز وجود دارد که از آن می توان در مصارف خانگی وصنعتی استفاده کرد .  

6- تولید کاغذ وخمیر کاغذ: این تکنولوژی برپایه استخراج شیمیایی الیاف سلولزی باگاس بنا شده است که با استفاده از الیاف سلولزی باگاس به تولید خمیر وکاغذ اقدام می کنند .  

7- تولید تخته : استفاده ازباگاس بعنوان ماده اولیه یا بخشی از ترکیب مواد اولیه در ساخت انواع تخته فشرده(انواع تخته فیبر ، تخته خرده چوب) نیزرایج است

8- سایر صنایع  ومصارف: ساخت محصولاتی مانند فورفورال – پلاستیک -  انواع پوشال – واستفاده برای تولید انواع  صفحات  چوب سیمان –تولید قارچ خوراکی در بستری از باگاس و ... .

 

 

 

 

·       استفاده از باگاس در تولید محصولات و گرانول WPC درخوزستان

•   میزان تولید باگاس در ایران

تقریبا تمام مزارع نیشکر ایران در منطقه خوزستان واقع شده وناگزیر تمام باگاس تولیدی کشور که قابل برنامه ریزی جهت استفاده صنعتی می باشد  به شرح ذیل در خوزستان تولید می گردد .

1- شرکت توسعه نیشکر وصنایع جانبی

 درحال حاضرسالیانه مقدار 050,1هزارتن (یک میلیون وپنجاه هزار تن ) باگاس درمجتمع کشت وصنعت" توسعه نیشکر" تولید می گردد که طی دو سال آینده وپس از تکمیل طرح،تولید باگاس به بیش از003/2هزار تن خواهد رسید.

2- کشت وصنعتهای کارون ومیان آب 675 هزار تن

3- کشت وصنعتهای هفت تپه  325 هزار تن

جمع باگاس تولیدی در سال 1383 برابر004/2 هزار تن بوده  که از این مقدار تنها بخش بسیار کوجکی ازآن در کارخانه کاغذ پارس به 80 هزار تن کاغذ چاپ وتحریر تبدیل شده ودرچند واحد کوچک صنعتی به خوراک دام وتخته فشرده تبدیل می شود .

همانطور که ذکر شد از میزان بیش از 2میلیون تن باگاس تولید شده در استان خوزستان بخش بسیار اندکی در حدود  80 تا 100 هزار تن  به مصرف مفید صنعتی می رسد (کمتر از 5%  و95%) مابقی آین ماده پر ارزش به دلیل نبودن امکانات و صنایع مربوط بدون کمترین بازده اقتصادی از میان می رود در ضمن لازم به یادآوری است که شرکت توسعه نیشکر و صنایع جانبی در پنج سال گذشته هرساله مبلغی در حدود2 تا3 میلیارد تومان را برای حمل و دفع باگاس در بیابانهای اطراف هزینه می کند .

 این امر علاوه بر اینکه از دست دادن این سرمایه بالقوه قلمداد می شود همواره سرزنشها و فشارهای سازمان حفاظت از محیط زیست را نیز در پی دارد زیرا وجود رطوبت وترکیبات قندی موجود در باگاس آن را به بستری ایده آل برای فعالیت میکرو ارگانیسم ها مبدل کرده فعالیت انواع مخمرها (  yeasts) و قارچها (fungis) باعث تخمیر وتولید الکل وسپس اسید استیک و دیگر ترکیبات اسیدی می شود که می تواند موجب اسیدی شدن منابع آب وخاکهای حاصلخیز خوزستان گردد به علاوه اینکه این تخریب بیولوژیک با تولید مقادیر زیادی حرارت همراه است که باعث بروز خود اشتعالی در توده های باگاس گشته و بوی مشمئزکننده ودودغلیظ سفید رنگی را تا شعاع چند کیلومتری خود می پراکند.

 البته شرکت فوق الذکر در راستای کاهش هزینه سالانه 2 میلیاردی خود برای حمل ودفن باگاس و نیز جلوگیری از نابودی این ثروت ملی از طریق مکاتبات فراوان با مجلس شورای اسلامی ، سازمان محیط زیست و وزارتخانه های مختلف در حال پی گیری اجرایی شدن فازهای دیگر پروژه کارخانه های کاغذ موسوم به هفت تپه می باشد ؛ ولی با این حال به دلیل مشکلات فراوان ونیاز به سرمایه گذاری کلان به نظر نمی رسد که در کوتاه مدت این آرمانها تحقق یابد و با توجه به این موضوع که در سالهای آتی میزان باگاس تولید شده از مرز 5/3 میلیون تن خواهد گذشت لازم است که با تاسیس صنایع سهل الوصول تر از این ترکیب پر ارزش استفاده گردد . یکی از بهترین گزینه ها برای این امر صنایع تولید گرانول و محصولات کامپوزیت چوب پلاستیک است .

 طی برآوردهای انجام گرفته (توسط س. ترابی و همکاران . 1385)  قیمت تمام شده محصول گرانول  چوب پلاستیگ تولید شده با استفاده از ضایعات باگاس متناسب با فرمولاسیون به ازای هر کیلوگرم حدود 450 تا 550 تومان می باشد و این در حالی است که قیمت جهانی محصولات  WPCبین 75/0 تا 1 دلار برای هرکیلوگرم می باشد. قیمت مواد اولیه برای تولید این محصول به این شرح می باشد:

قیمت پودر باگاس فرآوری شده به ازای هر کیلو گرم 70 تا 90 تومان

قیمت پلیمر مصرفی (مواد نو) به ازای هر کیلو گرم850  تا900 تومان

قیمت انواع ترکیبات افزودنی به ازای هر کیلو گرم3000  تا5000 تومان

اگر در تولید محصول فرمولاسیون را 60% پودر باگاس 35% پلیمر و 5% مواد افزودنی در نظر بگیریم قیمت هرکیلوگرم گرانول چوب پلاستیک تولیدی در حدود 550 تومان خواهد بود که در صورت استفاده از انواع پلاستیک بازیافتی قیمت تمام شده را تا 350 تومان برای هر کیلوگرم می توان کاهش داد و چنانچه محصول تحت لیسانس و یا یک نام معتبر تجاری تولید گردد امکان صادرات نیز وجود خواهد داشت .   

 نتیجه گیری و پیشنهاد

با عنایت به اینکه میزان مصرف سرانه مواد کامپوزیتی در کشور یک دهم مقدار سرانه مصرف در کشورهای پیشرفته است (به گفته دکتر مهرداد  شکریه ، رئیس موسسه کامپوزیت ایران و عضو هیات علمی دانشگاه علم و صنعت: سرانه مصرف کامپوزیت  در کشورهای  پیشرفته  جهان 3 کیلوگرم  است در حالی که این سرانه در کشور ماتنها 3/0کیلوگرم  است . ) و با توجه به بازار بزرگ و رو به رشد تولید و مصرف جهانی (سالانه بیش از6 میلیون تن مواد کامپوزیتی به ارزش 145 میلیارد دلار در صنایع مختلف جهان مصرف می‌شود. ) و با در نظر داشتن قابلیتها ، محاسن و کاربردهای فراوان این فرآورده ها که پیش تر به آنها اشاره رفت و توان بالقوه کشورمان در تولید انواع محصولات کامپوزیت چوب - پلاستیک  ؛ قبل از اینکه به یکی از وارد کنندگان بزرگ این محصولات مبدل شویم به دولت ، سرمایه گذاران و پژوهشگران به ترتیب پیشنهاد می شود: 

·   دولت با حمایت از سرمایه گذاران و اتخاذ سیاستهای تشویقی برای صنایع مصرف کننده مواد بازیافتی مثل باگاس وپلاستیک ضایعاتی خصوصا در مناطق مستعد و محروم مثل استان خوزستان موجبات تاسیس واحدهای تولید WPC را برای بخش خصوصی فراهم آورد ایجاد چنین صنایعی -  که نیاز به سرمایه بسیار زیاد ندارد و اصولا جزو صنایع سبک قلمداد می گردند و تولیداتشان می تواند انواع محصولات نهایی ونیمه ساخته ای مثل گرانول WPC و صفحات خام چوب پلاستیک برای استفاده در دیگر صنایع باشد – علاوه بر تامین نیاز داخلی و جلوگیری از خروج ارز برای واردات چوب آلات و مواد کامپوزیت WPC می تواند با اشتغالزایی مستقیم وغیر مستقیم موجبات رونق صنعت و ایجاد ارزش افزوده بالا برای کشور را فراهم کند . مضافا اینکه کاهش اثرات مخرب و زیست محیطی مواد زاید نیز از دیگر تبعات بسیار مهم و پر ارزش این اقدام خواهد بود.

·   به سرمایه گذاران (اعم از داخلی وخارجی) ، فعالان عرصه تولید و کارشناسان ذیربط در کشور پیشنهاد می شود که نسبت به بررسی امکانات جهت سرمایه گذاری و تاسیس خطوط تولید کامپوزیت WPC اقدام نمایند ؛ زیرا براساس مطالعات و برآورد های اقتصادی انجام شده آنچه به نظر می رسد این است که صنایع تولید  WPCدارای ارزش افزوده بالا و مزایای نسبی فراوانی در کشور می باشد مضاف بر اینکه بازار مصرف آن نیز در کشور ما بازار بزرگی است و به تبع بازارهای مصرف جهانی در حال رشد می باشد ضمن اینکه نباید از بازارهای بزرگ منطقه ای غفلت ورزید ( پاکستان وافغانستان در شرق عراق وترکیه در غرب کشورهای استقلال یافته از شوروی سابق در شمال و کشورهای عرب حوزه خلیج فارس در جنوب وحتی هند و چین همگی می توانند مقصد صادرات  باشند)  و باید پیش از تسخیر بازار توسط رقبا حضور و بقا خود را خود را با عرضه محصولات با کیفیت تضمین نماییم .

·   در انتها نیز پیشنهاد می شود موسسات پژوهشی و دانشگاهی ، پروژه های تحقیقاتی را در مورد بررسی علمی – فنی جهت شناسایی امکانات بالقوه کشور در سایر نقاط تعریف کرده و به انجام رسانند که از جمله آنها می تواند " امکان استفاده از  شلتوک برنج در استانهای شمالی کشور" و استفاده از کاه گندم و دیگر غلات در سایر نقاط  وحتی الیاف حاصل از بازیافت کاغذ ومقوا برای تولید این خانواده از محصولات کامپوزیتی باشد . تا ان شا ا... هرچه زودتر با رساندن سطح تولید و مصرف به نقطه مطلوب ، در زمینه این صنعت به یکی از پیشقراولان علم فناوری در سطح منطقه وجهان تبدیل شویم .

 

                                                                به امید آن روز ....                                                                             

 

والسلام .

 

 

+ نوشته شده در  ساعت   توسط مصطفی برزگر  |  یک نظر

چند سازه های                            چوب/ پلاستیک

چکیده :

 

کامپوزیتهای    WPC" چند سازه چوب پلیمر یا مواد مرکب چوب پلاستیک " از جمله مواد مهندسی و ساختمانی جدید هستند که درسالهای اخیر به طور جدی مورد توجه قرارگرفته اند   تولید و مصرف این محصولات در سطح جهان با شتاب زیادی در حال گسترش است ؛ موادی که دارای ظاهری شبیه به چوب هستند و در کاربرد ها اغلب به جای چوب استفاده می شوند و با فرآیندهای شکل دهی پلاستیک از جمله اکستروژن،  تزریق ،  تزریق با فشار، انواع تکنیکهای قالبگیری ، پالتروژن و ... تولید می شوند .

 در این مقاله سعی شده است که مهمترین جنبه های علم / صنعت  کامپوزیت های چوب پلیمر مورد بحث وبررسی قرار گیرد .

به عبارت دیگرتعاریف بنیادین ،  تئوری ساخت کامپوزیتهای  WPC، مواد تشکیل دهنده ، ماشین آلات فرآیند و فناوری های متداول ساخت وشکل دهی محصول ؛ تجهیزات تولید پودرهای سلولزی ، خواص فیزیکی و مقاومت های مکانیکی ، کاربردهای گوناگون ، بازارجهانی و داخلی ، قیمت ماشین آلات و مواد ، مباحث اقتصادی و درنهایت بازیافت و مسائل زیست محیطی این محصولات ومورد بحث قرار می گیرد  . انواع مواد افزودنی و کارکرد هریک نیز به دلیل اهمیت و تاثیر زیادی که در کیفیت نهایی محصول دارند به صورت فصلی مجزا مورد بحث وبررسی قرار گرفته است .

در انتها پیشنهاد شده که با تاسیس  واحدهای تولید این محصولات ، خصوصا در نقاط مستعد کشور مثلا در خوزستان وبا استفاده از باگاس به تولید محصول با استفاده از مواد بازیافتی اقدام گردد.

واژه های کلیدی :     Wood Polymer Composite , Wood Plastic Composite , WPC                          چند سازه  ـ  چوب پلیمر ـ   چوب پلاستیک  ـ  کامپوزیت های چوب /  پلیمر

 

 

 

 

 

پیشگفتار

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 چوب پلیمر یا مواد مرکب چوب پلاستیک " 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  WPC، 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

 با نظری  به خصوصیات مثبت وکارآیی بالای خانواده محصولات کامپوزیت WPC  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 WPC  واجد خصوصیاتی مشابه ویژگی‌های مثبت چوب مثل میخ و پیچ خوری، چسب پذیری ، اره ورنده شدن است .  ونیز از دیگر سو ارزان و فراوان بودن مواد اولیه ونیز 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 سازهWPC   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 .

 

 سعی اینجانب براین بوده تا در حد بضاعت خود گامی هرچند کوچک در این مسیر بردارم .

·      سابقه تحقیق

در ابتدا باید گفت که در جهان اولین تحقیقات و اقدام به ساخت محصول چوب پلاستیک 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 کامپوزیتی 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 پلی پرو پیلن 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( 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 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 ( 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 (Takaseو همکارانش) نیز براساس پژوهشهای انجام شده اعلام کردند که بهترین شرایط فراورش برای (گامپوزیت/ 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

سابقه تحقیق درداخل 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 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 )رابر ویژگیهای مکانیکی چندسازه 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 وبا استفاده از الیاف بلند کنف با درصد وزنی 59%   برپایه پلی استر اقدام به ساخت ماده مرکب 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 وسمینارهای بین المللی

 

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 WPC 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 WPC 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 هایWPC  در آن شماره چاپ شده باشد. .

مراکز علمی پژوهشی

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 دو 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 .

 

·        مقدمه ای بر علم کامپوزیت

  تعاریف بنیادین و مبانی کامپوزیت :

کامپوزیت ازلحاظ لغوی از مصدر to compose به معنای ترکیب کردن ، مخلوط کردن و ساختن می باشد ودرمباحث علمی کامپوزیت اصطلاحا به ترکیب واختلاط دو یا چند جزؤ یا فاز گفته می شود به قسمی که دارای 7 شرط اساسی زیر باشند:

 

1-    مصنوعی وجامد باشند .

2-    اجزا به صورت منظم وپراکنده در کنار یکدیگر باشند .

3-    اختلاط فازها فیزیکی باشد ونه شیمیایی .

4-    فازها از نظر خواص فیزیکی شیمیایی ومکانیکی متفاوت باشند .

5-    یکی از فازها خواص مورد نظر بهتری نسبت به فاز دیگر داشته باشد .

6-    اجزا خواص خود را در ترکیب حفظ نمایند .

7-    بالا بودن خواص مورد نظر در مجموع نسبت به خواص هر یک از اجزا .

پس دانش کامپوزیت به اعتباری متکفل طراحی وساخت سازه هایی با خواص فیزیکی ومکانیکی مطلوب ومورد نظر می باشد . کلیه سازه های کامپوزیتی  اساسا دارای دو جزؤ یا دو فازمی باشند :

      الف) فاز ضعیف یا ماتریس   ( که اصطلاحا به آن فاز پیوسته هم می گویند )              Matrix

ب‌)      فاز تقویت کننده ( یا فاز ناپیوسته )                                             Reinforce

 

شاید این جمله زیاد بیراه نباشد که گفته شده :کامپوزیت ها کاهگل های عصر جدید هستند زیرا کاهگل که در قدیم برای ساخت بنا مورد استفاده قرار می گرفت نیز دارای تمامی 7 شرط فوق الذکر می باشد فاز پیوسته این کامپوزیت ملات گل بوده که با استفاده از کاه ماتریس گلی را تقویت می کردند .

·       تقسیم بندی انواع مواد کامپوزیتی

مواد کامپوزیتی را براساس نوع ماتریس ، شکل ذرات تقویت کننده و دیگر پارامترها  می توان دسته بندی کرد ولی متداولترین معیارهای تقسیم بندی سه عامل تعیین کننده نوع ماتریس و شکل ذرات تقویت کننده  و ساختارکامپوزیت می باشد .

 

 

در متون علمی کامپوزیتها را از نظر شکل ساختمان ذرات تقویت کننده به دو گروه اصلی تقسیم کرده اند :

الف) کامپوزیتهای با تقویت کننده لیفی شکل Fiber reinforced  composites     

                                                     ب ) کامپوزیتهای با تقویت کننده ذرات     Particulate reinforced composits   

               

ازنظر ساختار خود کامپوزیت دو گروه اصلی :

                           کامپوزیتهای چند لایه   و  کامپوزیتهای یک لایه  را می توان از هم  تفکیک نمود.

 

 

در نهایت باید گفت که امروزه سازه های کامپوزیتی از نظرنوع فاز پیوسته یا ماتریس به سه دسته تقسیم می شوند :

الف) کامپوزیت های با ماتریس فلزی

     ب ) کامپوزیت های با ماتریس سرامیکی

  ج ) کامپوزیت های با ماتریس پلیمری

در ساخت کامپوزیت های با ماتریس پلیمری از پلیمرهای گرمانرم وگرما سخت استفاده می شود . فاز تقویت کننده معمولا سفت تر ومحکم تر از فاز ماتریس است این دو فاز از طریق اتصال منطقه حد فاصل یا همان سطح مشترک ( فصل مشترک =  InterFace) به هم متصل می شوند . خواص وشرایط این ناحیه تاثیر مستقیم بر کارآیی چندسازه دارد و نقش اصلی فازماتریس نگهداری الیاف تقویت کننده وانتقال نیروست .

 

 در حقیقت هدف اصلی از ساخت چند سازه ترکیب حداقل دو ماده و رسیدن به ماده جدیدی با کیفیت وخواص بالاترازهر دو ماده قبلی می باشد . مواد مرکب پلیمری دارای مزایایی نظیر: وزن کم ، مدول واستحکام کششی زیاد در راستای الیاف ، قابلیت دستیابی به خواص فیزیکی مورد نظر از طریق جهت دهی به الیاف ، خواص خستگی ، خزش زیاد ومقاومت در برابر اکثر ترکیبات شیمیایی مخرب هستند .

مهمترین محدودیتهای مواد پلاستیکی عبارتند از :

هزینه نسبتا بالا ، محدودیت دمای کارکرد ، تاثیر منفی رطوبت به ویژه حین فرآیند تولید ، شکنندگی الیاف ودر نهایت مشکلات بازیافت و تجزیه ناپذیری لذا به منظور کاهش محدودیت های فوق الذکر در ساخت پلاستیکهای نفتی از سایر مواد آلی ومعدنی استفاده می شود ؛ پرکننده ها والیاف سلولزی تجدید پذیر کشاورزی ازجمله این مواد هستند دانسیته کمتر ،عدم فرسایش سطوح ، پرکنندگی زیاد ، افزایش سختی ، قابلیت بازیافت و عدم شکنندگی الیاف در خمشهای حین فرآوری از جمله مزایای الیاف سلولزی است ونیز مصارف بسیار زیادی در ساخت کفپوش ، حصار ، انواع پروفیل در وپنجره ، خودرو سازی ،لوازم خانگی و انواع سازه های آبی دارد . 

کامپوزیت مورد بحث دراین مقاله نوعی کامپوزیت ازخانواده WPC است که برپایه انواع ماتریس پلیمرهای ترموپلاستیک بوده وتوسط الیاف سلولزیFibers"  "Short تقویت شده است وممکن است دارای ساختاری یک یا چند لایه باشد و به دلیل دشواری جهت دهی به الیاف کوتاه دراکثرمحصولات الیاف دارای توجیه تصادفی هستند      

تعریف WPC   :

"چوب پلاستیک / چوب پلیمر / ویا " WPC  لفظ مشترکی است که به دو نوع چند سازه متفاوت اطلاق می‌شود ، به ‌فرآورده‌هایی که ازطریق اختلاط انواع پلیمرهای ترمو پلاستیک‌ به عنوان ماتریس با الیاف طبیعی مثل چوب و دیگر مواد « سلولزی» به عنوان فازتقویت‌کننده یا فیلر، ساخته می‌شود چوب پلاستیک گفته می‌شود .

 نوع دیگرچند ‌سازه‌ای است که در اثراشباع چوب با « مونومر» سپس پلیمریزاسیون آن به روشهای حرارتی یا پرتو بتا یا گاما به دست می‌آید.

 در این گروه از فرآورده‌ها که به آنها  "  " WOOD  POLYMER  COMPOSITEنیز می‌گویند یکپارچگی و ظاهر چوب حفظ می‌شود در حالی که حفرات و روزنه‌های ریز آن توسط پلیمراشغال شده‌است . این فرآیند که یکی از روشهای اصلاح چوب به شمار می‌آید منجر به بهبود ویژگیهای فیزیکی و مکانیکی چوب شده وقابلیت کاربردی آن را در صنایع وتحقیقات افزایش می‌دهد .

نتایج تحقیقات نشان داده‌ که تهیه چوب پلیمر می‌تواند جرم ویژه چوب را از ۵۰ تا ‪ ۱۸0درصد، کارآیی ضدهم کشیدگی آن را تا ‪ ۷۰درصد و مقاومت‌های مکانیکی را از ۱۷۰تا۳۰۰‪ درصد افزایش دهد.این چند سازه‌ها می‌توانند در برج‌های خنک‌کننده، انواع دسته ابزار ، قالب‌های صنعتی و ترانسفورماتورها وبرخی مصارف خاص دیگراستفاده شود این نوع از چند سازه ها در مقایسه با نوع اول بخش بسیار کوچکی (کمتر از 1%) از صنعت کامپوزیت های چوب پلیمر را به خود اختصاص می دهند که دلایل این امر رامی توان در موارد زیر برشمرد:

نیاز به چوب ماسیو که طبعا موجب محدودیت تولید  وگرانی محصول خواهد شد  ، نیاز به مونومرهای خاص که قابلیت تزریق به داخل بافت چوب وسپس پلیمریزاسیون درآن را داشته باشد ، پیچیدگی و دشواری و هزینه بالای فرآیند پلیمریزاسیون مونومرها ومصارف محدود وعدم امکان تولید صنعتی .

  واما چند‌سازه‌های WPC از اختلاط  ذرات چوب  و سایر مواد لیگنو سلولزی مثل کاه گندم و برنج،  الیاف و ساقه ذرت و کنف به صورت آرد با پلیمرهای ترمو پلاست ( پلاستیک ) در حالت مذاب  حاصل می‌شود و به دلیل قالب  پذیر بودن  خمیر حاصله محصولات متنوعی را از آن می توان تولید کرد .

 این گروه از چند سازه های چوب پلاستیک واجد خصوصیات مثبتی مثل میخ و پیچ خوری، چسب پذیری  اره ورنده شدن هستند، به دلیل اینکه در این چند سازه ها پوشش پلاستیکی بر روی ذرات قرار می گیرد لذا میزان جذب آب بسیار پایینی دارد که به این دلیل  دچار هم کشیدگی نمی‌شود و به طور طبیعی مقاومت بالایی در مقابل عوامل مخرب بیولوژیک به ویژه قارچها دارد.

 

صفحه اصلی . حالمان بد نیست . طنز . شعر پایان ترم . آيين‌نامه‌ حفاظتي‌ تاسيسات‌ و ماشين‌هاي‌ اره‌ چوب‌ بري‌ . مبلمان . نانو کامپوزیت . سایتهای مرتبط با صنایع چوب و کاغذ . درباره ما . خاتم کاری . فناوری جدید برای تقویت مواد مرکب چوب پلاستیک . مقاومت به فشار و کشش و مدول الاستیسیته مواد مرکب . نقش سازمان‌ها در بازيافت كاغذ . صفحه جدید .
پرشین گیگ؛ سرویسهای رایگان وب برای فارسی زبانان - www.persiangig.com