تخته کامپوزیت در مقابل تخته های چوبی موجود در بازار

تخته کامپوزیت ساخته شده از ضایعات فرآوری شده ساده با ویژگی های برتری نسبت به تخته های چوبی موجود در بازار

در این مطالعه، زباله های شهری به عنوان یک منبع تجدیدپذیر برای ساخت تخته های بیوکامپوزیت باهدف کاهش آلودگی محیط زیست فرآوری شدند. عملکرد بیوکامپوزیت ازطریق سطح بین الیاف و ماتریس پلیمری کنترل می شود. با این حال، ساخت بیوکامپوزیت ها به استفاده از انواع و اندازه های همگن الیاف با کمک روش های شیمیایی یا بیولوژیکی پیچیده الیاف برای بهبود سازگاری سطحی محدود است. برهمین اساس، ما در اینجا افزایش سازگاری ازطریق درمان مکانیکی و فیزیکی ساده را بیان می کنیم. افزایش خواص مکانیکی بیوکامپوزیت ها تحت تاثیر تغییرات اندازه الیاف پرکننده، حداکثر پوشش پلیمری روی سطح پرکننده و افزودن عناصر تقویت کننده به ساختار تخته بیوکامپوزیت است. تغییر در اندازه الیاف گیاهی را نیز می توان با درمان مکانیکیِ فرایند آسیاب واحد ایجاد کرد، درحالی که درمان فیزیکی فرایندهای مکرر پرس داغ تضمین می کند که پلیمر کل سطح الیاف را پوشش می دهد. علاوه براین، لمینت الیاف شیشه ای به عنوان تقویت کننده ساختاری به وسط تخته افزوده می شود. یافته های ما نشان می دهد که خواص بیوکامپوزیت پردازش شده ساده به خوبی با تخته چوب تجاری و چوب آلباسیا قابل قیاس است و ازطرفی، مقاومت این نوع کامپوزیت در برابر آتش بهتر از چوب آلباسیا است. این باعث می شود که تخته های کامپوزیت بازیافتی جایگزین جدید و مناسبی برای تخته های چوبی باشند.

در بسیاری از کشورهای درحال توسعه ازجمله اندونزی پسماند جامد شهری (MSW) به دلیل رشد روزافزون جمعیت و سبک زندگی که از سیستم مدیریت پسماند خوبی برخوردار نیست، به یک مشکل جدی تبدیل شده است. مدیریت ناپایدار پسماند موجب حجم زیادی از ضایعات می شود که اثرات منفی بر سلامت انسان، افزایش هزینه های زیست محیطی و کاهش دسترسی به فضای عمومی را به همراه خواهد داشت. فرآوری زباله با سوزاندن و دفن آن باعث تولید گازهای گلخانه ای می شود که درنتیجه، دمای جهانی و تغییرات آب و هوایی را افزایش می دهد. سیستم سنتی مدیریت زباله در چارچوب تولید-مصرف-دورریختن فعالیت می کند که به بهبود فرآوری چرخه ای جریان زباله و پردازش آن ازطریق بازیافت یا آپ سایکل نیاز دارد. استراتژی کلی در فناوری مدیریت زباله، بازیافت و تجزیه است. فناوری های بازیافت به بازیافت فیزیکی، بازیافت انرژی و بازیابی منابع طبقه بندی می شوند. بازیافت کارآمد بایستی فرصت های جدیدی برای ادغام مجدد ضایعات در اقتصاد دورانی را فراهم می کند. فناوری های بازیافت که مقادیر کمی انرژی مصرف می کنند و سازگار با محیط زیست هستند به عنوان فناوری های پایدار درنظر گرفته می شوند. فناوری های تجزیه شامل تجزیه نوری، تجزیه حرارتی، تجزیه مکانیکی شیمیایی و تجزیه زیستی می شود که با استفاده از میکروارگانیسم ها و آنزیم هایی که تجزیه می شوند، پلاستیک را به دی اکسید کربن و آب تبدیل می کنند. زباله های شهری شامل زباله های آلی، پلاستیک، کاغذ، نساجی وغیره می شود. مقدار و نوع ترکیب زباله در هر منطقه براساس ویژگی های اقتصادی منطقه متفاوت است. کشورهای درحال توسعه همچون اندونزی زباله‌های شهری تولید می‌کنند که اغلب ضایعات مواد غذایی، ضایعات گیاهی، برگ های حیاط و همچنین زباله های پلاستیکی، کاغذی، نساجی وغیره را شامل می شوند. مطالعات قبلی در پردازش ضایعات با بازیافت آپ سایکل موفق بوده اند؛ به عنوان مثال از ضایعات پوسته بادام با موفقیت در ساخت تخته کامپوزیت بدون چسب استفاده می شود. نمونه دیگر استفاده از مواد کامپوزیت حاصل از ضایعات نساجی و صنعت کاغذ به عنوان فیلامنت های کامپوزیت در چاپ سه بعدی است.

اصلاح ضایعات چوب شهری نیز با افزودن الیاف سلولز به بافت چوب آسیب دیده به طور موفقیت آمیزی افزوده تا به یک ساختار چوبی سبک و قوی تبدیل شود. همچنین از ضایعات یکبار مصرف پوشک کودک به عنوان یک مخلوط سیمانی برای مصالح ساختمانی کامپوزیتی استفاده می شود. زباله های ناشی از زیست توده، صنعت فرآوری مواد غذایی و سایر ضایعات یک منبع تجدیدپذیر از پرکننده پایدار به منظور طراحی کامپوزیت سبز به شمار می روند. بیوکامپوزیت ها کامپوزیت های زیستی و یا زیست تخریب پذیر هستند. پلاستیک هایی که از مواد زیستی ساخته شده اند، زیست تخریب پذیر بوده و به عنوان بیوپلاستیک شناخته می شوند که به طور کلی به دو دسته زیستی و زیست تخریب پذیر تقسیم می شوند؛ این دسته بندی شامل تمام یا بخشی از پلاستیک‌های زیست‌تخریب‌پذیر، غیرقابل‌ تجزیه و پلاستیک های زیست تخریب پذیر ساخته شده از نفت می شوند. شناختن نوع پلاستیک برای کاربردهای مختلف ازجمله پلاستیک یکبار مصرف، بسته بندی یا کاربردهای صنعتی بسیار مهم است. اکثر رزین های پلاستیکی به کار رفته در ساخت بیوکامپوزیت ها ترموپلاستیک های نفتی هستند. پلاستیک های ساخته شده از فسیل با الیاف زیستی به شکل الیاف گیاهی لیگنوسلولزی به عنوان بیوکامپوزیت تقویت می شوند. الیاف گیاهی لیگنوسلولز از ضایعات کشاورزی و جنگلداری، کاه گندم و برنج، ضایعات چوب، ضایعات صنایع غذایی و سوخت های زیستی مانند لیگنین و باگاس تهیه می شود. بیوکامپوزیت ها از مزایای متعددی برخوردار هستند ازجمله چگالی کمتر، هزینه کم، طبیعت سازگار با محیط زیست و عملکرد بهبود یافته در کاربردهای خاص. الیاف لیگنوسلولز نیز به دلیل آبدوست بودن طبیعت ضعفی دارند؛ به طوری که با پلاستیک های آبگریز کمتر سازگار هستند. به منظور بهبود سازگاری رابط ماتریس فیبر-پلیمر به درمان های شیمیایی، فیزیکی، مکانیکی، بیولوژیکی یا ترکیبی از آنها نیاز است.

برای تولید پرکننده از ضایعات برگ در کامپوزیت کوچک (با قطر و ضخامت 2.5 سانتی متری) به فرایند دو مرحله ای نیاز است. در فرآیند خرد کردن از یک دستگاه کمپوست برای تولید الیاف 2 تا 7 سانتی متری استفاده می شود. در فرآیند آسیاب نیز از یک آسیاب گلوله ای به منظور پودر کردن الیاف استفاده می شود. در این فرآیند آسیاب ضایعات برگ از آسیاب سیلندر استفاده می شود. الیاف به دست آمده در اندازه های ناهمگن به شکل پودر ریز، الیاف درشت و الیاف بلند است. این اندازه های مختلف الیاف تنها با کمک فرآیند آسیاب، بدون نیاز به دستگاه خردکن کمپوست انجام می شود؛ به طوری که فرآیند ساخت صنعتی الیاف کارآمدتر است. به طور کلی، در ساخت کامپوزیت های الیاف طبیعی از الیاف همگن هم اندازه استفاده می شود که در فرآیندهای آسیاب و الک با اندازه مش مشخص تولید شده اند. در آزمایش های قبلی برای به دست آوردن الیاف طبیعی پودر شده، آسیاب الیاف 5 تا 7 ساعت طول می کشید. طولانی شدن زمان آسیاب نشان می دهد که الیاف برگ از استحکام مکانیکی بسیار قوی برخوردار هستند. ترکیب به دست آمده الیاف بلندی هستند که عامل اصلی در استحکام کامپوزیت به شمار می روند درحالی که الیاف درشت و پودری می توانند فضای خالی بین الیاف بلند را پر کرده و از وجود فضای خالی در کامپوزیت جلوگیری کنند. به منظور تعیین خواص مکانیکی تخته کامپوزیت ضایعاتی، میزان تراکم و خمش آن مورد بررسی و آزمایش قرار گرفت. همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، ما در اینجا نتایج حاصل از بررسی انواع مختلف تخته کامپوزیت ضایعاتی را ارزیابی می کنیم.

شکل 1:

نتایج حاصل از آزمایش خواص مکانیکی نمونه ها در شکل زیر ارائه شده است؛ محور افقی نشان دهنده انواع تخته های کامپوزیت است ازجمله کامپوزیت ضایعاتی بدون تقویت کننده الیاف شیشه، کامپوزیت ضایعاتی با تقویت الیاف شیشه، تخته خرده چوب با کیفیت خوب، تخته خرده چوب با کیفیت متوسط، چوب الباسیا، چوب نئوپان و تخته چوب ساج.

شکل 2:

در محور عمودی، مقدار مقاومت فشاری (منحنی چپ) و مقدار مقاومت خمشی (منحنی راست) برحسب نیوتن نشان داده شده است.

نتیجه گیری

ما در اینجا ساخت تخته کامپوزیت از زباله های شهری را با فرآیندهای مکانیکی و فیزیکی ساده و خواص قابل قیاس با محصولات صنعتی تفسیر می کنیم. خواص خواص کامپوزیت ها به روش های مختلفی همچون اندازه های مختلف الیاف، حرارت دادن مکرر در فرآیند پرس داغ و افزودن ورق های الیاف شیشه ای چند لایه به کامپوزیت به عنوان تقویت کننده در ساختار کامپوزیت بهبود می یابد. مقاومت فشاری تخته کامپوزیت 3300 نیوتن است؛ بیشتر از مقاومت 2900 نیوتنی تخته الباسیا و 2800 نیوتنی تخته خرده چوب با کیفیت متوسط ​​است. استحکام خمشی تخته کامپوزیت نیز 720 نیوتن است یعنی بیشتر از 702 نیوتن تخته الباسیا و 460 نیوتن تخته خرده چوب با کیفیت متوسط ​. تخته کامپوزیت درمقایسه با چوب آلباسیا از مقاومت بهتری در برابر آتش برخوردار است و با افزایش دما تا 400 درجه سانتیگراد، 62 درصد از جرم آن کاهش می یابد، درحالی که تخته های چوبی آلباسیا تا 340 درجه سانتیگراد افزایش دما 74 درصد از جرم آنها کاهش می یابد. با این فرآیند، از تخته های کامپوزیت چوبی می توان در مصارفی مانند عایق ساختمان های ساده، بسته بندی و همچنین حمایت از مدیریت پایدار پسماندد استفاده کرد.