بخشی از مقاله
چکیده
کامپوزیت چوب پلاستیک گروهی جدیدی از مواد هستند که در بسیاری از کشورهای پیشرفته از جمله آمریکای شمالی و اروپا در حال تولید و گسترشاند. بهطوریکهپلیمرها نقش اصلی فاز زمینهای و نگهدارنده الیاف و مواد لیگنوسلولزی انتقال تنش را بر عهده دارند. به دلیل غیر قطبی بودن ماتریس پلیمری و قطبی بودن الیاف طبیعی اتصال ایجاد شده ضعیف میباشد. برای بالا بردن اتصال بین الیاف و پلیمر از سازگارکنندههای مناسب استفاده میشود، سازگارکنندهها موجب افزایش خواص مکانیکی و دانسیته، کاهش خواص فیزیکی، مقاومت بالایی در برابر اکسید شدن، تخریب بیولوژیکی نشان میدهد.
مقدمه
توسعه فناوری عصر حاضر در واقع وابسته به پیشرفت هایی است که در زمینه مواد حاصل شده و گسترش آنی آن در گرو یافتن مواد جدید و قابل استفاده می باشد. لذا با توجه به رشد روز افزون جمعیت و افزایش نیازها، احتیاج به طیف گسترده و منابع عظیمی از مواد به شدت احساس میشود. از طرفی طیف وسیع نیازهای مهندسی امروزی، مشکلات زیست محیطی و هزینه تولید سبب شده است تا تولیدکنندگان مواد پلیمری با به کارگیری مواد مناسب و تولید چندسازه ها، خواص مهندسی آنها را اصلاح نمایند. در این میان چندسازه و چندسازهها معرف قدمهای بزرگی هستند که در تکامل مواد مهندسی برداشته شده است. به این ترتیب امکان این امر وجود دارد که با ترکیب مواد مختلف بتوان انواع جدیدی از محصولات را برای رفع نیاز بیشتر تولید کرد .[5] تقاضای روزافزون برای بهبود عملکرد فرآوردهها به صورت خواستههای مختلف از قبیل: وزن کمتر، استحکام بیش تر و هزینه های کمتر مطرح میشوند؛ تداوم خواستهها برای بهبود ایفای نقش که ممکن است توسط معیارهای مختلف از جمله وزن کم مطرح شود باعث شده است که مواد کنونی، دیگر جوابگو نباشند. استحکام بیشتر و هزینه کمتر مشخص میکند که مواد مصرفی کنونی الباًغ به حد بهرهدهی خود میرسند. از این رو دانشمندان و نیز صاحب نظران علم مواد همیشه در تکاپو هستند که یا خواص مواد موجود و متداول را بهبود بخشند و یا مواد جدیدتری تولید نمایند که به عنوان نمونه میتوان چندسازه را نام برد .[1]
کامپوزیت چوب پلاستیک که به اختصار - WPC - نامیده میشوند، گروهی جدیدی از مواد هستند که در بسیاری از کشورهای پشرفته در حال تولید و گسترشاند. در ساخت این کاموزیتها محدوده وسیعی از پلیمرها مثل پلی پروپیلن، پلیوینیل کلرید و پلیاستر به همراه پرکننده های سلولزی شامل پودر و الیاف حاصل از مواد چوبی، پودر و الیاف حاصل از بقایای محصولات کشاورزی و ضایعات حاصل از انواع کاغذ قابل استفادهاند.[7] به دنبال افزایش نسبی قیمت پلاستیک در چند سال گذشته، افزودن الیاف و پرکنندههای طبیعی به منظور کاهش هزینهها در صنعت پلاستیک و در برخی موارد افزایش میزان تولید مورد توجه قرار گرفت.[3] استفاده از این مواد مزایای دیگری نیز نسبت به پرکنندههای معدنی - رسف تالک، آهک - و الیاف مصنوعی - شیشه و کربن - دارد که عبارتاند: چگالی کم قابلیت پرکنندگی زیاد، قیمت کم، دسترسی به انواع مختلفی از الیاف در سرتاسر جهان، عدم سایش ماشین آلات و عدم تولید مواد سمی بعد از سوختن، زیست تخریب پذیری، ضریب انبساط گرمایی کم، تجدید شوندگی.[11] از این رو با ورود الیاف و پرکنندههای سلولزی به صنعت پلاستیک کامپوزیتهای چوبی متولد شدند که شامل الیاف چوب با دیگر مواد لیگنوسلولزی به عنوان پرکننده یا تقویت کننده و گرما نرم هستند.[10] کامپوزیت های چوب پلاستیک که به شکل پروفیل الوار و یا صفحات تو پر و یا تو خالی تولید می شوند، دارای سابقه ای 20 ساله در جهان هستند. آمریکای شمالی و اروپا از بزرگترین تولید کنندگان و مصرف کنندگان این نوع محصول می باشند، خصوصات استثنائی این کامپوزیت ها که ترکیبی از زیبایی چوب و دوام پلاستیک می باشد، سبب شده که در کشورهای مختلف این محصولات بسیار محبوب و قابل اعتماد باشند و استفاده از آنها به سرعت رو به افزایش و گسترش باشد.
[14] الیاف طبیعی ممکن است به شکلهای مختلفی به صورت ذرات آرد، دسته الیاف، الیاف منفرد به عنوان پرکننده یا تقویت کننده در صنایع پلاستیک استفاده شوند .[12] به دلیل قطبی بودن الیاف طبیعی در مقابل ماهیت غیر قطبی ماتریس پلیمری گرمانرم، اتصال ایجاد شده ضعیف بوده و خصوصیت مقاومتی ماده مرکب حاصل کاهش می یابد.[6] با توجه به این که اتصال بین ماتریس پلیمری و ماده پرکننده چوبی به طور مستقیم بر ویژگیهای کاربردی فرآورده نهایی چوبپلاستیک اثر گذار است، از این رو خصوصیات چنین چند سازههایی به مقاومت اتصال اجزای تشکیل دهنده آن در منطقه بین فازی بستگی دارد. دو روش جهت چسبندگی وجود دارد: یکی استفاده از عوامل سازگار کننده و دیگری اصلاح شیمیایی شامل اصلاح فاز زمینه پلیمری و اصلاح فاز لیگنوسلولزی .[13] سازگار کننده ها به موادی گفته میشود که باعث افزایش اتصال بین پلاستیک با مواد لیگنوسلولزی گردد. برای این کار یک سازگار کننده بایستی امکان افزایش جریان مذاب داغ اختلاط چوب پلاستیک را داشته باشد. سازگار کننده ها از دو طریق به نقش خود عمل مینماید: توزیع یکنواخت پرکننده در ماتریس پلاستیک و ایجاد پل بین الیاف با پلاستیک در سطح مشترک. از یک سازگار کننده مناسب انتظار میرود از یک سو قادر باشد با ماتریس پلاستیک جزهای کریستالی تشکیل دهد و از سوی دیگر قادر باشد با الیاف لیگنوسلولزی اتصالات کووالانسی خلق نماید. مهمترین سازگار کنندههای که برای WPC اثر بخش بودهاند عبارتند از: سیلیکاتها، تیتاناتها، اسیدهای ارگانیک، انیدریدها، اپوکسیدها، اکریلاتها، آمیدها، ایمیدها، سیلانها و در نهایت سنتز پلیمری.[4] سازگار کنندهها خواص مکانیکی WPC را بهینه میکند. سازگارکننده ها می توانند مقاومت خمشی و کششی WPC را دو برابر کنند، مدول خمشی تا %40 افزایش دهند، مقاومت به شوک را تا 3 برابر کنند و جذب آب را 3 تا 4 برابر کاهش دهند - بسته به مدت غوطه وری - و دانسیته WPC را افزایش دهد و سبب بالا بردن مقاومت اجزای WPC در اکسید شدن و تخریب بیولوژیکی شوند.[2] سازگارکننده ها عوامل شیمیایی هستند که با مکانیزمهایی مانند پیوند کوالانسی، درگیریهای مکانیکی، برهمکنشهای ثانویه و ایجاد پیوند هیدروژنی، بین پلیمرها و الیاف طبیعی پل ایجاد میکنند. از سازگارکنندههای معمول میتوان به: ایزوسیاناتها، انیدریدها، سیلانها و پلیمرهای اصلاحشده با انیدریدها اشاره کرد .[8]
نتیجهگیری
کامپوزیت چوب پلاستیک گروهی جدیدی از مواد هستند که در بسیاری از کشورهای پیشرفته در حال تولید و گسترشاند امروزه آمریکای شمالی و اروپا از بزرگترین تولید کنندگان و مصرف کنندگان این محصول میباشد. به دلیل قطبی بودن الیاف طبیعی در مقابل ماهیت غیر قطبی ماتریس پلیمری گرمانرم، اتصال ایجاد شده ضعیف بوده و خصوصیت مقاومتی ماده مرکب حاصل کاهش مییابد. برای بالا بردن اتصال بین الیاف با پلاستیک در سطح مشترک از یک سازگارکننده مناسب استفاده میشود سازگار کنندهها ار یک طرف میتوانند قادر باشد با ماتریس پلاستیک اتصال کریستالی و از طرف دیگر با الیاف سلولزی و لیگنوسلولزی اتصال کووالانس تشکیل میدهد. سازگارکنندهها موجب افزایش دانسیته وخواص مکانیکی، کاهش خواص فیزیکی و در اکسید شدن و تخریب بیولوژیکی مقاومت بالایی نشان میدهد.
