ساخت تخته کامپوزیت Wood Plast

ساخت تخته کامپوزیت چوب-پلاستیک برای صنعت ساختمان و مبلمان

این مقاله به ارائه نتایج حاصل از تحقیقات توسعه یک فناوری موثر به منظور ساخت تخته کامپوزیت چوب-پلاستیک حاوی پرکننده ساقه های پنبه که ضایعات کشاورزی هستند و چسب های پلیمری حاوی رزین های اوره فرمالدئید و گاسیپول اصلاح شده، اپی کلروهیدرین، بنزیل کلرید و پلی وینیل کلراید در صنعت ساختمان و مبلمان می پردازد. این مطالعه همبستگی بین پارامترهای استحکام خمشی نهایی، استحکام کششی و جذب آب با فشرده کرده پرکننده های پلیمری توده بیان می کند. درعین حال، به ساخت مواد کامپوزیت تخته چوب-پلاستیک از رزین اوره فرمالدئید اصلاح شده با افزودنی های ساختاری واکنش پذیر به عنوان بایندر می پردازد. در این مطالعه مشخص شد که فناوری بهینه برای فشرده کردن توده پرکننده های پلیمری و ساقه های پنبه فشار 35 کیلوگرم بر مترمربع در دمای 168-170 درجه سانتیگراد با گرمایش 7-10 دقیقه است.

امروزه در سراسر جهان توسعه یک فناوری اثربخش به منظور ساخت مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک با خواص فیزیکی و مکانیکی بسیار مورد توجه قرار گرفته است. با این حال، توسعه مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک و تخته های حاوی پرکننده ساقه گیاهان یکساله که جایگزین چوب می شوند و بایندرهای پلیمری اصلاح شده شیمیایی ضرورت دارد. درهمین راستا، هدف از این مطالعه توسعه یک فناوری موثر در ساخت مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک در صنعت ساختمان و تولید مبلمان است.

ابتدا به بررسی نتایج حاصل از مطالعات اصلاح فیزیکوشیمیایی رزین اوره فرمالدئید حاوی ترکیبات واکنشی می پردازیم که نشان دهنده مطالعات تجربی اصلاح رزین های اوره فرمالدئید با ترکیبات واکنش پذیر و سخت شدن آنها تحت شرایط فشار است. بنزیل کلرید، اپی کلروهیدرین، پلی وینیل کلراید و ضایعات صنعت روغن و چربی به شکل رزین گاسیپول اصلاح کننده های مورد مطالعه در اینجا هستند. با استفاده از روش های مختلف تحلیل فیزیکوشیمیایی، ساختار اضافی رزین KF-MT به دلیل تعامل با اصلاح کننده ها ایجاد شد. در اینجا مشاهده شد که سرعت و درجه پخت رزین تا حد زیادی به شرایط اصلاح بستگی دارد که شامل محتوای اصلاح کننده، دما و مدت زمان اصلاح می شود. همانطور که در جدول زیر مشاهده می شود، کاهش زمان پخت تا 10 درصد محتوای اصلاح کننده امکان پذیر است.

جدول 1:

این نشان دهنده نقش کاتالیزوری آنها و افزایش فعالیت گروه های عاملی پلیمر است. باتوجه به نتایج به دست آمده از آزمایشات، رزین گاسیپول به عنوان یک ماده اصلاح کننده انتخاب شد زیرا دارای خواص فنی بوده، به راحتی در دسترس و کم هزینه است. مطالعه خواص رزین گاسیپول نشان داد که حاوی فنولیک، اسید چرب و قطعات غیرصابونی است. همچنین مشخص شد که طیف IR از اصلاح کننده حاوی COOH، -CH، -C=0 و سایر گروه های فعال تشکیل شده است که با گروه های واکنشی رزین و اجزای تشکیل دهنده ساقه های پنبه تعامل شیمیایی دارند. بنابراین، بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی رزین های اصلاح شده با افزایش زمان پخت رزین و همچنین درک کامل‌تر شباهت شیمیایی بین پلیمر اوره فرمالدئید و اصلاح کننده همراه است. به منظور شناسایی تصویر فرایند پخت تحت شرایط فشار، همان طور که در شکل زیر نشان داده شده است، مطالعات در محدوده دمایی وسیعی بین 150 تا 200 درجه سانتیگراد انجام شد.

شکل 1:

بررسی وابستگی کاهش وزن پس از هیدرولیز رزین ها به دما و زمان پخت نشان داد که با افزایش دمای پخت، ابتدا وزن در هر زمان کاهش یافته و سپس دوباره افزایش می یابد؛ به استثنای نمونه هایی که در دمای 100 درجه سانتیگراد پخت شده اند. در این صورت، کاهش وزن به طور قابل توجهی به زمان پخت و تمایل به پایداری در مقادیر زمانی مورد مطالعه بستگی دارد. در نمونه های پخت شده در دمای 180 درجه سانتیگراد به دلیل سرعت پخت بالاتر، کاهش وزن سریع‌تر اتفاق می افتد. باتوجه به شکل 1، افزایش زمان پخت در دمای 180 درجه سانتیگراد منجر به افزایش کاهش وزن می شود که نشان دهنده تغییرات مخرب در رزین است. درجه پخت بهینه برای چنین نمونه هایی 5 دقیقه است اما این زمان برای تشکیل تخته نئوپان در طول فرایند پرس کافی است. بنابراین با پایین آوردن درجه حرارت به 160-150 درجه سانتیگراد می توان از بروز پدیده های مخرب در رزین جلوگیری کرد در حالی که زمان پخت به 7 دقیقه افزایش می یابد. تجزیه و تحلیل جامع از نتایج آزمایشات به منظور تعیین شرایط بهینه (دما و زمان پخت) نشان داد که بهترین دما و زمان پخت برای رزین اوره فرمالدئید اصلاح شده با رزین گوسیپول به نسبت 10:1 به ترتیب 180-170 درجه و 7-6 دقیقه است. درمقایسه با رزین اصلاح نشده KF-MT، زمان پخت 2-3 دقیقه کاهش یافت که نشان دهنده پلیمریزاسیون شدیدتر رزین اصلاح شده و افزایش مقاومت آن در برابر حرارت است. سپس، تاثیر عوامل مختلف تکنولوژیکی (رطوبت، استحکام خمشی، جذب آب، فشار) بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی مواد تخته چوب-پلاستیک حاصل مورد بررسی قرار گرفتند. رطوبت تاثیر مستقیمی بر حالت فشار دارد. ذرات با رطوبت کم به اندازه کافی نرم نیستند و حداکثر همگرایی سطوح تماس در حین پرس، که به افزایش فشار و زمان پرس نیاز دارد، امکان پذیر نیست. با افزایش رطوبت، تبخیر آن مانع از برهمکنش های شیمیایی ذرات پرکننده و رزین می شود و همچنین لایه لایه شدن ورق نیز که به تغییر حالت پرس نیاز دارد، رخ می دهد. رطوبت بهینه در مراحل ساخت و پرس بین 8-10 درصد است. همانطور که در جدول زیر مشاهده می شود، با افزایش فشار به 3.5 مگاپاسکال، خواص چگالی و استحکام مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک به طور قابل ملاحظه ای بهبود می یابد.

جدول 2:

در نمودار 1 از شکل 1 مشخص است که با افزایش تراکم فشار از 1.9 تا 4.5 مگاپاسکال، چگالی به شدت از 460 کیلوگرم بر مترمکعب به حد مجاز 920 کیلوگرم بر مترمکعب افزایش می یابد و سپس با افزایش بیشتر فشار تراکم تغییر نمی کند. وابستگی استحکام خمشی و کششی نهایی بر روی فشار پرس تقریبا یکسان است. با افزایش فشار پرس، مقاومت خمشی و کششی به طور یکنواخت افزایش می یابد؛ فشار پرس از 1.8 به 6 مگاپاسکال، استحکام خمشی از 17 به 35 مگاپاسکال و استحکام کششی از 0.4 تا 0.9 مگاپاسکال افزایش می یابد. جذب آب و تورم در فشار پرس کاملا متفاوت بود. با افزایش فشار از 2 به 4 مگاپاسکال، جذب آب از 43 به 37 درصد کاهش می یابد.

کلام آخر

یک رویکرد علمی مبتنی بر ایجاد فناوری ساخت مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک از مواد اولیه محلی و بازیافتی با خواص فیزیکی و مکانیکی بالا توسعه یافته است. همچنین از رزین گاسیپول، اپی کلروهیدرین، بنزیل کلرید و پلی وینیل کلراید به عنوان اصلاح کننده برای رزین اوره فرمالدئید استفاده شد. همبستگی بین مقاومت خمشی صفحات (σ u)، استحکام کششی (σ p) و جذب آب (Δ w) با پارامترهای فشار نشان داده شده است. یک حالت پرس تکنولوژیکی بهینه شامل فشار 35 کیلوگرم بر سانتیمتر مربع، دمای پرس 170 درجه سانتیگراد و مدت زمان گرمایش 7-10 دقیقه است.