بخشی از مقاله
چکیده
در دهه اخیر پتانسیل استفاده از مواد مرکب چوب پلاستیک به عنوان اجزاي ساختمانی در چارچوب مطالعات امکان سنجی مورد بررسی قرار گرفته است. داشتن دانش کافی در زمینه پارامترهاي الاستیک این مواد، به منظور توسعه بخشیدن کاربردهاي ساختمانی این مواد امري ضروري است. ماده مرکب مورد مطالعه در این پژوهش، حاوي الیاف پالایش نشده باگاس و پلیپروپیلن بوده است و به روش اکستروژن تولید شده است.
مطالعه میکروسکوپی بر روي ماده مرکب مورد مطالعه نشان میدهد که بیشتر الیاف در جهت اکستروژن قرار گرفتهاند و به ماده ماهیت ارتوتروپیک بخشیدهاند. در این تحقیق از آزمون فشاري بارگذاري-حذف بار براي تعیین مدولهاي الاستیسیته این ماده مرکب در جهات ارتوتروپیک به منظور توسعه کاربرد این مواد در مصارف ساختمانی استفاده گردید. منحنیهاي تنش-کرنش بارگذاري نشان داد که به دلیل رفتار غیرخطی این مواد، تعیین مدول الاستیسته با روشهاي معمول و رایج که در استانداردهاي مربوطه توصیه شده است امکان پذیر نیست. بنابراین شیب خطیترین قسمت منحنی حذف بار به عنوان مدول الاستیسته در نظر گرفته شد. نتایج نشان داد که بیشترین مدول الاستیسته مربوط به جهت اکستروژن بوده است و علت این امر به جهتگیري عمده الیاف در جهت اکستروژن نسبت داده شد.
.1 مقدمه
باگاس نام دستهاي از الیاف چوبی است که پس از عصارهگیري از نیشکر در حین تولید شکر برجاي می ماند. این محصول جانبی شامل 40 تا 60 درصد سلولز، 20 تا 30 درصد همی سلولز و 20 درصد لیگنین است. برزیل، هند و چین تولید کنندگان عمده این ماده هستند و عمدتا از باگاس براي تولید انرژي و به عنوان سوخت استفاده میکنند. در ایران نیز این ماده عمدتا در مناطق جنوبی و به مقدار کمی در شمال کشور تولید میشود. در سالهاي اخیر از این باقیمانده نیشکر براي تولید انواع کاغذ، تخته فیبر و مواد مرکب چوب پلاستیک استفاده میشود .[1]
مواد مرکب الیاف باگاس-پلی پروپیلن متعلق به دسته وسیعی از مواد مرکب چوب پلاستیک - WPC1 - هستند. WPCها در حال حاضر به دلیل مدول کم و تمایل بالاي آنها به خزش، عمدتا در مصارف غیر ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرند. در سالهاي اخیر با توسعه و پیشرفت تکنولوژيهاي مربوطه، امکان افزودن مقادیر بیشتري الیاف لیگنوسولولزي به این ماده مرکب فراهم شده و محصولاتی با مدول الاستیسته بالاتر تولید شده است که کاربرد این مواد را به مصارف نیمه ساختمانی مانند لمبه، پروفیل در و پنچره ، نرده و پوششهاي سقف سوق داده است .
[2] در دهه اخیر پتانسیل استفاده از WPC به عنوان اجزاي پی، زیر ساختهاي چوب عرشه و چوبهاي مورد استفاده در ساحل دریا، در چارچوب مطالعات امکان سنجی مورد بررسی قرار گرفته است 3]، .[4 Verma و همکاران - 2012 - تحقیقات انجام شده در زمینه مواد مرکب الیاف باگاس را مورد بازبینی قراردادند .[1] خواص مکانیکی این مواد مطابق دستورالعملهاي استاندارد ASTM - به عنوان مثال ASTM D638، ASTM D790 و ASTM - D695 و استاندارد ISO 527 مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است .
[7-5] مدول الاستیسته فاز پلی پروپیلن در حدود 0/9 تا 1/3 گیگا پاسکال گزارش شده است 5]، ٧، 8، 9، - 2012 - Samariha .[10 مدول الاستیسته الیاف باگاس را در حدود 4/5 گیگاپاسکال براي قطر 0/35 mm و طول 10 mm با دانسیته 360kg/m3 گزارش کرده است Vázquez .[11] و همکاران - 1999 - مدول کششی باگاس را براي الیاف به قطر 0/45mm و دانسیته 550kg/m3 در حدود 2/7 گیگاپاسکال گزارش کردند.
[12] براي مواد مرکب الیاف باگاس-پلی پروپیلن، مطالعات گسترده اي در زمینه تاثیر الیاف باگاس بر سفتی و مقاومت این مواد انجام شده است 5]، 6، 8، 11، 13، Cerqueira .[14 و همکاران - 2011 - اذعان نمودهاند که با افزایش تا 40 درصد الیاف باگاس، مدول خمشی و کششی مواد مرکب از 1/4 تا 3 گیگاپاسکال افزایش مییابد .[9] در حین فرآیند تولید مواد مرکب به روش اکستروژن، الیاف تمایل به جهت گیري در جهت اکستروژن دارند .[15] بنابراین WPCها یک ماده آنیزوتروپیک به شمار می روند اما هیچ یک از مطالعات مذکور ماهیت آنیزوتروپیک این مواد را در نظر نگرفته اند.
داشتن دانش کافی در زمینه پارامترهاي الاستیک این مواد، براي استفاده در نرمافزارهاي طراحی سازه، به منظور توسعه بخشیدن کاربردهاي ساختمانی این مواد امري ضروري است. مطابق یافتههاي محقق تاکنون تحقیقی در زمینه مدول الاستیک این مواد در جهات ارتوتروپیک با در ننظر گرفتن ماهیت ویسکوالاستیک این مواد انجام نشده است. البته باید این نکته را خاطر نشان ساخت که این مواد مرکب به لحاظ شکل و اندازه ذرات، نسبت وزنی اجزاي تشکیل دهنده، روش تولید، دما و رطوبت نسبی محیط از پارامترهاي الاستیک متنوعی برخوردارند و نتایج تحقیق حاضر فقط براي ماده مرکب مورد مطالعه با ترکیب بندي مشخص مصداق دارد.
.2 مواد و روشها
ماده مرکب الیاف باگاس-پلیپروپیلن با دانسیته 1/1g/cm3 از شرکت دزچوپکس در جنوب ایران-دزفول تهیه گردید. این ماده شامل 60 درصد وزنی الیاف باگاس - به ابعاد 50 مش - ، 40 درصد وزنی پلی پروپیلن به عنوان ماده زمینه، 4 درصد مالئیک انیدرید پلی پروپیلن به عنوان سازگارکننده و 6 درصد افزودنی هاي دیگر - از قبیل مستربچهاي رنگی، آنتی استیک، کربن بلک و دي اکسید تیتان - بوده است.
مواد به صورت مذاب با یکدیگر مخلوط شده و با یک اکسترودر دو ماردونه ناهمسوگرد مجهز به یک پروفیل I شکل اکسترود شدند. تصاویر میکروسکوپی در جهت موازي و عمود بر الیاف براي مطالعه ابعاد و جهت گیري الیاف باگاس تهیه شدند - شکل . - 1 طول و قطر الیاف باگاس به میزان تقریبی 1000 µm و 300 µm بوده است. به علاوه جهتگیري الیاف عمدتا در جهت اکستروژن بوده است .
