کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام – ایران ترجمه – Irantarjomeh
مقالات ترجمه شده آماده گروه مهندسی صنایع
مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی
مقالات
قیمت
قیمت این مقاله: 25000 تومان (ایران ترجمه - irantarjomeh)
توضیح
بخش زیادی از این مقاله بصورت رایگان ذیلا قابل مطالعه می باشد.
شماره | ۲۷ |
کد مقاله | IND27 |
مترجم | گروه مترجمین ایران ترجمه – irantarjomeh |
نام فارسی | کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام |
نام انگلیسی | Durability of Wood-Plastic Composites |
تعداد صفحه به فارسی | ۲۰ |
تعداد صفحه به انگلیسی | ۶ |
کلمات کلیدی به فارسی | دوام, کامپوزیت چوب – پلاستیک |
کلمات کلیدی به انگلیسی | Duribility, Wood – Plastic Composite |
مرجع به فارسی | کنفرانس بین المللی کامپوزیت های چوب و پلاستیک زیست الیافدپارتمان علوم و مهندسی چوب، دانشگاهی ایالتی ارگون، ایالات متحده |
مرجع به انگلیسی | International Conference onWood & Biofiber Plastic Composites; Dep. of Wood Science and Engineering, Oregon StateUniversity, Corvallis, Oregon, USA |
کشور | ایالات متحده |
کامپوزیتهای ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
چکیده
بازار کامپوزیتهای چوب – پلاستیک (WPC ها)، با وجود هزینههای کلی و بالاتر آنها در مقایسه با الوار فراوری شده یا الوار طبیعی، تاکنون با رشد حیرت آوری روبرو بوده است. تحقیقات انجام شده مشخص کنند آن است که چنین محصولاتی از معروفیت زیادی از نظر دوام و قابلیت سازگاری با محیط زیست برخوردار میباشند و بعلاوه بطور کلی حفظ و نگهداری این کامپوزیتها بدون هزینه تلقی می شود.
به هنگام ورود کامپوزیتهای چوب پلاستیک (WPCs) به بازار این کامپوزیتها به عنوان مواد نفوذ ناپذیر در برابر حملات بیولوژیکی تلقی شدند، چرا که بنظر پلاستیک قابلیت نگهداری ذرات چوب در داخل خود را دارد و بنابر این می توان آن را در برابر حملات قارچی و یا رطوبت حفظ نمود. با این وجود، پس از کاربرد کامپوزیتهای چوب – پلاستیک در فلوریدا برای ساخت عرشه شواهدی از وجود هاگ های قارچی پس از گذشت چندین سال از نصب بدست آمد و مشخص شد که چوب این مواد نیز در معرض خطر زیست تخریب میباشد (Morris و Cooper، ۱۹۹۸). تعدادی از مطالعات متعاقب نیز به طور آشکار نشان دادند که چوب موجود در بسیاری از کامپوزیتهای چوب – پلاستیک همچنان در معرض خطر تخریب می باشد (Khavkine و همکاران، ۲۰۰۰، Laks و همکاران، ۲۰۰۰، …).
در عین آنکه پیشرفتهای بزرگی در زمینه فرمولاسیون این محصول به وجود آمده و سبب افزایش دوام آن شده است، این موضوع آشکار گردیده که این مواد به طور کامل در مقابل تخریب ایمن نمیباشند، اما چگونگی خطر پذیری آنها جز مسائلی است که باید بدان پرداخته شود.
امر تخریب به طور کلی به عنوان تاثیر منفی خواص یک ماده تلقی میشود. این تاثیرات میتوانند به واسطه حمله بیولوژیکی و یا عاملهای بی جان مختلف (نظیر نور خورشید، رطوبت، دما) باشند، اما غالب رویههای تخریبی ناشی از عوامل مختلف خواهند بود. در هیچ جا همچنین پدیدهای بیشتر از کامپوزیتهای چوب – پلاستیک مشهود نیست که علت آن نیز ترکیبی از عوامل غیر مشابه و ناهمگن مختلف است.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
آسیب های بیولوژیکی
یکسری از عوامل بیولوژیکی وجود دارند که میتوانند به چوب و پلاستیک، چه به عنوان یک ماده غذایی (عمدتا چوب) و چه بعنوان پناهنگاه ( هم چوب و هم پلاستیک) حمله نمایند. این عوامل که غالبا ارتباط بیشتری با کاربرد کامپوزیتهای چوب و پلاستیک دارند عبارتد از: قارچ و سوراخ کنندههای دریایی. با این حال ارگانیزمهای دیگری، نظیر گلسنگها و جلبکها، نیز وجود دارند که بر روی سطح اقدام به ساختن کلنی خود نموده اما الزاما ممکن است سبب تخریب کامپوزیت نشوند، که علت آن نیز وابستگی استثنایی و شدید ظاهر سطح از نقطه نظر کیفیت محصول میباشد.
پوسیدگی قارچی
اولین گزارشات حملات بیولوژیکی در زمینه کامپوزیتهای چوب – پلاستیک شامل قارچ پوسیدگی سفید میباشد که به طور آشکار معرف آن خواهد بود که ذرات چوبی در این مواد در معرض خطر حمله قارچی قرار خواهند گرفت. این مشاهدات به انجام یکسری از مطالعات آزمایشگاهی منجر شد که نشان دهنده آن میباشند که قارچ های ایجاد کننده پوسیدگی مختلفی وجود دارند که میتوانند به میزان قابل توجهی سبب از دست رفتن وزن تحت شرایط مناسب شوند. البته اعضای مولد هاگ / تخم را نمیتوان غالبا مرتبط با اتلاف خواص مواد تلقی نمود. یکی از مشاهدات حاصله از تست آزمایشگاهی معرف آن است که قارچ پوسیدگی قهوهای، حتی در کامپوزیتهای چوب – پلاستیک که متشکل از ذرات چوب سخت هستند، قابلیت زیادی در حمله بدین مواد از خود نشان می دهد. با این وجود، هاگ های پوسیدگی سفید به صورت آشکاری میتوانند بر روی ویژگیها و صفات میدانی تاثیر گذار باشند. چنین امری بازتاب دهنده تمایل جهت تست این مواد تحت شرایط مناطق گرمسیری و نیمه گرمسیری، یعنی جاییکه قارچ پوسیدگی سفید از شیوع بیشتری برخوردار است، می باشد.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
مقاومت در برابر حشرات
پلاستیک به صورت عمدهای در برابر حمله حشرات مقاوم میباشد، البته ممکن است بوسیله حشرات یا مورچههای اجتماعی و سوراخ کننده یا موریانهها برای حفر کانالهای کلنی مورد استفاده قرار گیرند یا بطور سهواً بوسیله سوسکها یا زنبورهای بالغ که از چوبهای مجاور پدیدار میشوند مورد حمله قرار گیرند. در عین آنکه حشرات قابلیت حاصل آوردن برخی از مواد غذایی از ذرات چوب را دارند، حمله متعاقب حشرات به کامپوزیتهای چوب – پلاستیک غیر محتمل مینماید. با توجه به چگالی غالب کامپوزیتهای چوب – پلاستیک، بعلاوه حمله حشرات اجتماعی همانند مورچههای چوب سوراخ کن یا مورچههای نجار که اقدام به حفر گالری یا دالان نیز مینمایند خود محتمل نمیباشد چرا که آنها متمایل به یافتن مواد نرمتری می باشند.
مقاومت در برابر سوراخ کنندههای دریایی
پلاستیک به میزان زیادی در برابر حمله سوراخ کنندههای دریایی نیز مقاوم میباشد. مطالعات معرف آن هستند که جانوران دریایی همانند Limnorans و کرمهای کشتی، که حداقل بخشی از مواد مغذی را از چوب حاصل میآورند، به طور مستقیم به پلاستیک یا مواد کامپوزیت چوب – پلاستیک حمله نمینمایند. البته صدمات سهوی اندکی به پلاستیک یا کامپوزیت چوب – پلاستیک بوسیله کرمهای کشتی به هنگامیکه این کامپوزیت یا پلاستیک در مجاورت چوبی که بوسیله این ارگانیسمها مورد حمله قرار گرفته است، دیده شده است. صدفهای سوراخ کننده تخته سنگها نظیر pholad، قابلیت سکنی پذیری در مواد نرمتر در مقایسه با صدفها یا پوسته خود را خواهند داشت اما در عین حال صدمه به چوب یا پلاستیک در اقیانوس بوسیله این ارگانیسمها به صورت نادری دیده شده است.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
عوامل فیزیکی تخریب
با وجود آنکه ما غالباً به هنگام در نظر آوردن تخریب مواد به صدمات بیولوژیکی میاندیشیم، عاملهای فیزیکی و شیمیایی تأثیر زیادی بر روی خواص یک کامپوزیت چوب – پلاستیک داشته و میتوانند سبب شوند تا اجزای چوبی در معرض خطر بیشتر حملات بیولوژیکی قرار گیرند. این تأثیرات بر روی کامپوزیتهای چوب – پلاستیک غالباً منوط به سطح میباشند، اما این صدمه علی الخصوص میتواند مهم باشد چرا که چنین محصولاتی با این تضمین فروخته میشوند که سطوح آنها در برابر تغییرات مقاوم هستند.
رنگ زدایی شیمیایی
بسیاری از گونههای چوب در معرض لکهای شیمیایی مختلفی هستند و این خطر ظاهراً در کامپوزیتهای چوب – پلاستیک محو نشده است. این لکها نتیجه واکنشهای حاصل از عصارهها یا مواد استخراجی از فلزات، یا بواسطه تخریب حرارتی، و یا ناشی از عمل آنزیمهای باکتری می باشند. غالباً، رنگزدایی بصورت تیره مشخص شده و مبدأ بیولوژیکی دارد، اما میزان سرعت تشکیل این پدیده و عدم ارتباط رشد میکروبی موارد دیگری را نیز مشخص میسازد. این لکها تأثیراندکی را بر روی کامپوزیتهای چوب – پلاستیک تیره رنگ تر خواهند داشت، چرا که زمینه روشن خود آشکار کننده پدیده رنگزدایی میباشد و این عارضه علی الخصوص در محصولاتی صدمات خود را بیشتر نشان می دهند که شباهت ظاهری آنها با شکل چوب حفظ شده است. لکها یا خالهای تیره بسیاری ممکن است در زمان کوتاهی پس از نصب پدیدار گردند و از آنجایی که این لکها غالباً در زیر سطح هستند، حذف آنها نیز مشکل میباشد. انتخاب دقیق گونههای چوبی میتواند در زمینه کاهش پتانسیل لکزدگی کمک نماید. با این وجود، این امر مشکل میباشد و اضافه نمودن بازدارندههای اکسایشی به ترکیب، قبل از انجام عمل اکستروژن، میتواند یک پدیده عملی و کارگشا به شمار آید. این مواد همچنین میبایست قابلیت پایداری در برابر دماهای افزایش یافته، مرتبط با انجام فرایندهای ترکیب و اکستروژن، را داشته باشند.
چرخه رطوبت
در اوایل کار الوار کامپوزیتهای چوب – پلاستیک، غالبا اینگونه تصور می گردید که این نوع از کامپوزیتها به واسطه آنکه چوب به طور کامل بوسیله پلاستیک محاط شده است در برابر رطوبت مقاوم میباشند. پلاستیک البته سبب مقاومت در برابر جذب رطوبت خواهد شد، اما به هنگامی که رطوبت بتواند وارد این قالب/ ماتریس شود، صدمه دیدگی شروع خواهد گردید.
جذب رطوبت کامپوزیت های چوب – پلاستیک ممکن است سبب تنزل خواص مکانیکی شود چرا که ذرات چوب به هنگام جذب رطوبت دچار بادکردگی میگردند. در پی تورم ذرات چوب، سه مشخصه برای کامپوزیت ممکن است رخ دهد: ۱- تخریب سطحی به واسطه تورم و ترک خوردگی مکرر چوب. ۲- به وجود آمدن ترکهای ریز در پلاستیک. و ۳ – از هم پاشیدگی داخلی ذرات چوب به واسطه فشار ناشی از بادکردگی. به طور مثال، افزایش رطوبت به میزان ۹% ، در کامپوزیت چوب و پلاستیک تولید شده با بهرهگیری از قالب تزریقی، حاوی ۴۰% گرد چوب و رطوبت دیدگی به مدت ۲۰۰۰ ساعت، میتواند در ارتباط با ضریب خمشی و کاهش قدرت/ استحکام به ترتیب به میزان با ۳۹ و ۲۲% باشد.
روش تولیدی میتواند یک تاثیر شگرفی را بر روی کیفیت سطح کامپوزیت چوب – پلاستیک داشته باشد، و از این طریق بر روی جذب رطوبت نیز تاثیرگذار خواهد بود. کامپوزیتهای چوب – پلاستیک تولید شده به روش اکستروژن قابلیت جذب تقریبا ۴ برابر رطوبت در مقایسه با کامپوزیتهای تولیدی به روش تزریقی، با توجه به خیسیدگی در آب به مدت ۲ هفته، را خواهند داشت. سطوح قالبهای تزریقی صافتر از سطوح تولیدی به روش اکستروژن بوده و دارای یک لایه غنی پلاستیکی میباشند که از نفوذ رطوبت جلوگیری به عمل میآورد. تنشهای تولید نیز میتوانند نقش مهمی را در جذب رطوبت داشته باشند. به طور مثال، تنشهای غیر یکنواخت ایجادی در طی فاز تولید ممکن است سبب رشد ترک خوردگی در نزدیک سطح کامپوزیت چوب – پلاستیک شود و خود موجب تسریع جذب رطوبت گردد.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
چرخه یخ زدگی و یخ زدایی
عقیده بر این است که احتمال از بین رفتن میزان محدود پیوند بین چوب آب دوست و پلاستیک آبگریز بواسطه فعالیتهای فیزیکی نظیر یخ زدگی و یخ زدایی متعاقب وجود دارد. این امر بعنوان یک مسئله حیاتی در باب عملکرد چنین موادی در محیط معتدل شمالی بشمار می آید. بررسی نمونههای کوچک معرف از دست رفتگی برخی از خواص پس از چرخههای یخ زدگی و یخ زدایی میباشد. با این وجود، هیچگونه تاثیر مهمی بر روی خواص خمشی نمونههای تجاری، که تحت شرایط سیکلی یخ زدگی و یخ زدایی قرار گرفتهاند، دیده نشده است. از بین رفتن استحکام و ضریب خمشی به میزان ۵ و ۱۵ درصد به ترتیب، پس از مواجهه ۵ روزه این کامپوزیت با یک چرخه جذب آب و یخ زدگی / یخ زدایی متعاقب آن، بوسیله اشخاص دیگری گزارش شده است. بخش بزرگتر اتلاف خواص مکانیکی بجای سیکل یخ زدگی و یخ زدایی، بیشتر در ارتباط با جذب رطوبت می باشد.
پرتوی ماورای بنفش (UV) و تنزل کیفیت
هر دوی اجزای اصلی کامپوزیت های چوب – سیمان تحت تأثیر تخریب نوری به واسطه قرارگیری در معرض نور ماوراء بنفش هستند. به هنگامی که کلیه اجزای چوبی در معرض تخریب نوری قرار میگیرند، لیگنین تحت این شرایط حدود ۸۰ تا ۹۵% از کل مجموعه نور ماوراء بنفش جذب شده بوسیله نور را جذب نموده و تنها شامل ۲۵ تا ۳۰% از چوب خواهد بود. به هنگامیکه لیگنین اکسیده میشود، محتوای لیگنین (و چوب) ، در سطح کاهش مییابند. در نتیجه، سطح چوب تنزل یافته، غالباً به صورت موئینهای و سرشار از سلولز میباشد. ماتریس پلاستیکی از نقطه نظر تئوریکی نباید تحت تأثیر تخریب نوری قرار گیرد. متأسفانه، حلال باقیمانده در PVC، از جمله دیگر ناخالصیها در پلیاولفین و چوب اکسیده – نوری، قابلیت ایجاد حساسیت در ماتریس و ایجاد شرایط لازم در آن بسمت تخریب نوری را خواهد داشت. واکنش تخریب از طریق مکانیزم رادیکال آزاد انتشار یافته و میتواند منجر به اکسیداسیون زنجیره پلیمر، گسستگی زنجیر و یا ایجاد اتصال عرضی شود. نتیجه از کاهش / تخریب کیفیت سطحی میباشد، افزایش در جذب اشعه ماوراء بنفش و کاهش خواص مکانیکی نیز از جمله عوارض آن به شمار میآید.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
افزایش مقاومت در برابر تخریب زیستی
با توجه بدانکه این موضوع مشخص شده است که چوب داخل کامپوزیت چوب – پلاستیک در معرض تخریب قرار میگیرد، برخی از تولید کنندگان امر اضافه نمودن بورات روی (zinc borates) را به چنین ترکیبی مدنظر قرار دادهاند. بوراتها به عنوان قارچ کشها و حشره کشهای ممتازی به شمار میآیند و بورات روی مخصوصاً از نیروی جذب قابل توجهی برخوردار است چرا که دارای حلالیت بسیار پایین در آب بوده و ظاهراً تأثیری در فرایندهای تولیدی ندارد. یکی از معایب بورات عدم قابلیت آن جهت محافظت در برابر بسیاری از قارچهای ایجاد کننده کپک میباشد، یکی از ویژگیهای بسیار مهم، مرتبط با ظاهر این مواد، که به صورت ذاتی در کیفیت محصول تأثیر خواهد گذاشت. تحقیقات پیوستهای برای مشخص نمودن اجزای دیگری که در تناسب با بازدارندههای کپکی و قارچی باشند در جریان است. با این وجود، چنین تحقیقاتی با مشکل عدم پایداری حرارتی، مورد نیاز برای بسیاری از بازدارندههای قارچی، جهت محافظت از چوب جامد، روبرو میباشند.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
افزایش مقاومت در برابر تخریب غیر زیستی
تکنولوژیهای بسیاری برای محافظت در برابر تخریب نوری کامپوزیت چوب – پلاستیک وجود دارند. اضافه نمودن تثبیتگرهای نوری به پلاستیک به عنوان شایعترین استراتژی جهت محافظت از این کامپوزیتها به شمار میآید. انواع شایع این تثبیتگرهای نوری عبارتند از: جذب کنندههای نور ماوراء بنفش که سبب محافظت ماتریس از طریق جذب ترجیحی نور UV و تثبیتگرهای نور بازدارنده آمینی (HALS) که سبب محافظت ماتریس با تداخل در مکانیزم تخریب رادیکال آزاد می شوند. هر دو این مواد محافظت مشخصی را برای کامپوزیتهای چوب – پلاستیک از خود نشان میدهند. رنگدانههای داخل این کامپوزیتها همچنین میتوانند عملکردی به عنوان بلوکه کنندههای نوری داشته باشند که خود موجب محدود نمودن نفوذ نور ماوراء بنفش در این ماتریس یا قالب خواهد شد.
اطلاعات اندکی در زمینه محافظت از اجزای چوبی، که در کامپوزیتهای چوب پلاستیک وجود دارند، از نقطه نظر فتو تخریب پذیری بطور مستقل، وجود دارد. با این وجود، UVAها و رنگدانهها در ماتریس میبایست میزانی از محافظت را عرضه داشته و این رنگدانهها همچنین میبایست اقدام به تحت پوشش قرار دادن برخی از رنگزداییهای اجزای چوبی نمایند. احتمالا مهمترین مسئله برای ارتقای کامپوزیتهای چوب پلاستیک در زمینه دوام آنها مسئله رطوبت میباشد. جذب رطوبت را میتوان چه به وسیله جایگزین کردن پارامترهای مربوط به نم نمایی ذرات چوب، و چه با تغییر ساختار کامپوزیت نهایی، محدود کرد. ذرات چوب را میتوان از طریق اضافه نمودن عاملهای کوپلینگ یا جفت شدگی نظیر پلیالفین های دارای پیوند آنیدرید که دارای کنش / واکنش با گروههای هیدروکسیل موجود در سطح چوب میباشند جهت ارتقای واکنشهای چوب – پلاستیک ارتقا داد. دیدگاههای دیگر شامل اصلاح شیمیایی سطح – چوب، نظیر استیل کار کردن جهت کاهش میزان نم نمایی ذرات، نیز قابل توجه میباشند. کامپوزیتهای چوب پلاستیک حاصله دارای ویژگیهای جذب آب بسیار اندکی هستند. با این وجود، این فرآیند هزینههای اضافی را تحمیل میکند. با تغییرات در متغیرهای پردازشی میتوان اقدام به تغییر کیفیت سطح کامپوزیت چوب پلاستیک نموده و به طور مستقیم بر روی پایداری رطوبت کامپوزیت تاثیر گذاشت. به طور مثال، با تغییر شرایط فرآوری (حرارت، line rate) میتوان اقدام به تولید سطوح صافتری نمود که سبب کاهش جذب رطوبت میگردد و از این طریق سبب تاخیر در تجزیه و تخریب سطح خواهد شد. روشهای دیگر برای کاهش جذب رطوبت شامل پوشش کامپوزیت چوب پلاستیک و انجام عملیات اکسترژن توام با یک کلاهک ترموپلاستیک پرنشده میباشد.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام
تست شتاب
یکی از مسائلی که در زمینه کامپوزیتهای چوب پلاستیک در بازار مدنظر میباشد کمبود دادههای میدانی دراز مدت در زمینه دوام است. در مقابل، تولید کنندگان بر روی آزمایشات محدود لابراتوری با استفاده از رویههای آزمایشی مصنوعی کنترل شرایط آب و هوایی، چرخههای رطوبت و خشک شدگی و آزمایشات تاخیری وابسته میباشند. روشهای به کار گرفته شده در این آزمایشات به طور عمدهای حاصل از مواد مبتنی بر چوب میباشد. با توجه به ویژگیهای جذب رطوبت کامپوزیتهای چوب پلاستیک، دلایل قابل توجهی در این باب وجود دارد که این روشها در عین آنکه برای مطالعات مقایسهای مفید میباشند به میزان زیادی جهت پیشبینی عمر کاری این ادوات ناکارا هستند چرا که آنها قابلیت فراهم آوردن یک دوره کارکرد مکفی را ندارند.
کامپوزیت های ساخته شده از چوب – پلاستیک و قابلیت دوام