بخشی از مقاله
خلاصه
امروزه مصالح ساختمانی سنتی مانند بتن و فولاد در حال جایگزینی روزافزون با مواد کامپوزیتی پیشرفته مانند پلیمرهای تقویت شده با الیاف - FRP - و سیمان تقویت شده با الیاف - FRC - هستند. انتظار میرود در آینده نزدیک کاربرد کامپوزیت-های پلیمر/الیاف طبیعی به واسطه مزیتهای این مواد از جمله مقاومت بالا، وزن کم، ارزان بودن و سازگاری با محیط زیست - زیست تخریبپذیربودن - گسترش یابد. کامپوزیتهای الیاف طبیعیپلیمری- غالباً در اجزای داخلی ساختمان که تحت بار نیستند مورد استفاده قرار میگیرند.
علت این است که این نوع کامپوزیتها نسبت به عوامل مخرب محیطی آسیبپذیرند. براساس بررسیهای انجام شده، استفاده از الیاف طبیعی باعث مقاومت کامپوزیت پلیمری میشود، اما همین الیاف محل ورود رطوبت و تخریبهای حاصل از آن است. تیمارهای متعددی بر روی الیاف جهت تقویت سطح مشترک بین الیاف و ماده زمینهای و در نتیجه افزایش دوام رطوبتی انجام شده است. در این تحقیق خواص انواع متعدد کامپوزیتهای الیاف طبیعی که در معرض تخریب رطوبتی هستند به صورت جامع مورد بررسی قرار میگیرد. تاثیر افزودنیهای شیمیایی مانند افزودنیهای مورد استفاده در تیمارهای الیاف و روشهای کاهش جذب آب الیاف نیز بررسی میشود.
مقدمه
دوامپذیری در برابر رطوبت
کامپوزیتهای پلیمری به خصوص کامپوزیتهای پلیمری/الیاف طبیعی میتوانند در محیط مرطوب یا هنگام غوطهوری در آب رطوبت جذب نمایند . - Yousif and KU, 2012; Shubhra et al., 2011 - این پدیده به نوبه خود بر سطح مشترک بین الیاف و ماده زمینهای تاثیرگذار بوده و باعث کاهش کارایی انتقال تنش میشود. علاوه براین، جذب آب الیاف طبیعی بر خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی آنها تاثیرگذار است . - Dhakal et al., 2007 - بر اساس نتایج تحقیقات، جذب آب بیوکامپوزیتها پس از 24 ساعت 0/7 تا 2 درصد، پس از یک هفته 1 تا 5 درصد و پس از چند ماه تا حد 18 تا 22 درصد گزارش شده است، علت این رفتار نیز به ترکیب شیمیایی الیاف چوبی و آبدوستی بالای آنها نسبت داده شده است.
در شرایط مرطوبت، کامپوزیتهای الیاف طبیعی به علت زبر شدن سطح کامپوزیتها در اثر واکشیدگی الیاف و تفکیک لایهها کارایی خود را از دست میدهند . - Dittenber and Gangarao, 2012 - مرفولوژی کامپوزیتها پس از جذب رطوبت از لحاظ حفرهها، تخلخل، واکشیدگی، جذب در ریزترکها و برهمخوردگی اطراف پرکنندهها با حالت قبل از جذب رطوبت تفاوت دارد . - Athijayamani et al., 2009 - همیسلولز موجود در الیاف طبیعی عامل جذب رطوبت است که همراه با سلولز در دیواره سلول گیاهی قرار دارد . - Methacacon et al., 2010 - همیسلولز دارای پلیساکاریدهایبا وزن مولکولی نسبتاً کم است و از هگزوزها، پنتوزها و اسید اورنیک ساخته شده است. با افزایش مقدار همیسلولز، میزان جذب رطوبت و تخریب زیستی افزایش مییابد.
حفرات خالی باعث کاهش دانسیته حجمی کامپوزیت حاصل از الیاف طبیعی میشود که در نتیجه وزن کامپوزیت کاهش و جذب آب آن افزایش مییابد. میزان آب موجود در الیاف بر درجه بلورینگی، جهتگیری بلورها، مقاومت کششی، رفتار واکشیدگی و تخلخل الیاف تاثیرگذار است. جذب آب بالاتر سهولت حمله میکروبی را افزایش میدهد - تخریب زیستی - . انحلال الیاف سلولزی دشوار است چون بلورینگی بالای این الیاف، امکان حفظ مایعات در فضاهای بین فیبریلی الیاف را فراهم مینماید. میزان جذب آب و واکشیدگی حاصل از آن به وسیله توانایی مایعات در واکنش با الیاف سلولزی تعیین می-شود . - Joseph et al., 2002 -
بر طبق مشاهدات، جذب و دفع آب در دمای اتاق از الگوی رفتاری فیکیین پیروی مینماید که بر اساس آن جذب آب در ابتدا خطی است، سپس کاهش یافته و بعد از گذشت زمانی طولانی به حالت اشباع میرسد. انتشار فیکیین در ارتباط با انتشار آب از مناطق دارای غلظت بالاتر به مناطق دارای غلظت کمتر در اثر گرادیان غلظت است . - Bao et al., 2001 - در دمای غوطه-وری بالاتر، سرعت جذب آب افزایش یافته و مدت زمان رسیدن به حالت اشباع رطوبتی به نحو چشمگیری کاهش مییابد. این رفتار غیرفیکیینی را میتوان به تفاوت رفتار جذب و حالت مولکولهای آب موجود در کامپوزیتها نسبت داد.
