بخشی از مقاله
خلاصه
تحقیق حاضر به بررسی کاهش هزینه تولید پروفیل در و پنجره ها توسط کامپوزیت فوم چوب پلاستیک با استفاده از فرآیند اکستروژن و بررسی اثر درصدهای وزنی مختلف چوب بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی فوم چوب-پلاستیک می پردازد. پارامتر متغیر عبارتست از: درصدهای وزنی مختلف چوب 45 - ،30 و - 60% بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت فوم چوب-پلاستیک. محصولات تولید شده تحت آزمونهای مکانیکی خمشی و خواص فیزیکی چگالی و هزینه تولید قرار گرفتند.
نتایج نشان می دهد که برای رسیدن به بیشترین استحکام با پرداخت کمترین هزینه - استحکام ویژه به هزینه - بهترین راهکار استفاده از خنککار اصطکاکی و %60 وزنی چوب است. در صورت عدم استفاده از خنککار اصطکاکی بایستی از قالب با حداقل قطر و %60 وزنی چوب استفاده شود. استفاده از فناوری فوم برای بهبود حداکثر مقدار استحکام ویژه به هزینه مفید نیست. برای رسیدن به بیشترین استحکام با حداقل وزن بهترین راهکار استفاده از خنککار اصطکاکی و %30 وزنی چوب است.
1. مقدمه
کامپوزیت های چوب پلاستیک حاصل ترکیب ذرات چوب با زمینه پلیمری همچونPP ، PE، PVCو ABS میباشند. از جمله کاربردهای این کامپوزیتها میتوان به قطعاتی چون پالت، کفپوش، سقف پوش، در و چهارچوب در و پنجره اشاره کرد
بیشتر محصولات تولیدی این کامپوزیتها به روش اکستروژن میباشند که نوع اکسترودر دومارپیچه با توجه به ایجاد اختلاط بهتر و داشتن راندمان بالا نسبت به نوع تکمارپیچه ارجحیت دادهمیشود.
روش قالبگیری تزریقی در تولید قطعات به نسبت کوچک و سهبعدی کاربرد دارد که محدودیت استفاده از درصد چوب بالا را به همراه دارد.[4] دوام در برابر شرایط بیولوژیکی و محیطی، هزینه کم مواد اولیه و امکان فرآیندپذیری با توجه به وجود عامل ترموپلاستیکی در نرکیب، از جمله مزایای این تکنولوژی میباشند که موجب گسترش روز افزون این محصول در بازار جهانی گردیده است
امروزه یکی از مشکلات جوامع جهانی از نقطه نظر زیست محیطی بحران ضایعات جامد است که بازیافت آنها یکی از راههای حل این مشکل میباشد. کاغذ و پلاستیک حجم عمدهای از ضایعات را تشکیل میدهند که امکان استفاده از این مواد ضایعاتی در تولید کامپوزیتهای چوب-پلاستیک از جمله مزایای دیگر این کامپوزیتها میباشد.[5] نکته جالب اینکه افزایش استحکام این کامپوزیتها با استفاده از پلیاتیلن بازیافت شده نسبت به نوع بازیافت نشده گزارش شدهاست.
شکل: 1 استفاده از پروفیل کامپوزیت چوب پلاستیک برای صنعت ساختمان [7]
در نیمه ی دهه 1990 چالشهای اقتصادی و لزوم کاهش وزن بوجود آمد. تکنولوژی فوم در پلاستیکهای خالص شناخته شده بود - برای پلاستیکهای با استحکام مذاب بالا - . اینطور به نظر می رسد که با ادغام این دو تکنولوژی بتوان مشکلات را حل کرد ولی کاربرد الیاف با حجم زیاد باعث می شود که امکان فوم شدن کاهش یافته و بطور محسوس استحکام خمشی و مدول خمشی کاهش یابد. بنابراین برای فوم کردن WPC به استحکام دهنده، سازگار کننده و یک پلاستیک قوی مثل PVC نیاز است .
در اختراعی که در سال 2000 توسط میشل به ثبت رسید یک کامپوزیت جدید که از الیاف چوب به میزان 40 - 60%، پلی¬اتیلن به میزان 40 - 60% و پودر عامل فومزای گرماگیر تشکیل یافته بود، ابداع شد. در این اختراع چگالیهای g/cm3 0.8 تاg/cm3 1.2 بدست آمده و البته تغییر چندانی هم در استحکام خمشی روی نداده است - استحکام خمشی در حدود [8] . - psi 1676 در ثبت اختراعی که توسط شرکت Crane در سال 2003 به ثبت رسید کامپوزیت جدیدی با ترکیب، 65% وزنی PVC، 35% وزنی الیاف چوب، افزودنی - از قبیل پایدار کننده - به مقدار 1 - 10% به ازای رزین پلیمری، روانکار به مقدار 1 - 12% به ازای رزین پلیمری و مواد متناسب با کارکرد به مقدار 0,25 - 5% به ازای رزین پلیمری، ابداع گردید. [6] در سال 2004 شرکت Craneدر ثبت اختراع خود توانست به ترکیب بسیار جالبی از ABS،اصلاح کننده فوم اکریلیک و روانکار دست پیدا کند و این ترکیب را به کمک هیدروسرل فوم کند. [9] در سال 2005 شرکت Craneتوانست در ثبت اختراع خود دو لایه از PVC را به فوم PVC و پودر چوب بچسباند.برای فوم شدن از مواد فومزا استفاده شده بود.
.2 مواد، تجهیزات و روش ها
.2-1 مواد:
در انجام آزمایشات از ذرات چوب تهیه شده از چوب بری های محلی و پلی اتیلن چگالی بالا استفاده گردیده است. پلی اتیلن مورد استفاده با نام تجاری EA5620HDPE - محصول شرکت پتروشیمی اراک - آورده شده است. علت این که از این زمینه پلیمری استفاده شده است داشتن - MFIشاخص جریان مذاب - بالای آن و کمک به تولید محصول با قابلیت فوم شدن بالا می باشد. ذرات چوب تهیه شده پس از تهیه غربال گردیدند تا از توزیع اندازه تمامی این ذرات در محدوده زیر 500 میکرون اطمینان حاصل گردد. پس از آن به منظور رطوبت گیری، به مدت 24 ساعت در خشک کن تحت دمای100 œC قرار گرفتند.
.2-2 تجهیزات:
تجهیزات مورداستفاده برای انجام آزمایشات عبارتند از: دستگاه اکستروژن دو ماردونه غیر همسو گرد با L/D = 20 ، خشک کن، دستگاه آسیاب.
.2-2-1 خنککار اصطکاکی Heat Exchanger
یکی از نکات مهمی در تولید فوم دمای قالب است.چنانکه در شکل زیر نشان داده شده است با بالا رفتن دما گاز از پلیمر داغ خارج میشود. اگر دما در قالب زیاد پایین بیاید، مسدودشدگی روی میدهد و بهترین راه کاهش نسبی دما در قالب و کاهش شدید در خارج از قالب است.این کاهش شدیدرا میتوان با خنککار اصطکاکی انجام داد.
شکل: 2 نمایی از سیستم خنک کننده طراحی شده الف - قطعات، ب - کل مجموعه
در این تحقیق از قالبی دو تکه استفاده شده که اینسرت داخلی قابل تعویض بود. ابعاد و شکل قالب در شکل3 آورده شده است. سه اینسرت مختلف که ابعاد آن در شکل - 10-3 - آورده شده، برای انجام آزمایش استفاده شده است.این سه اینسرت با این هدف طراحی شدند که بتوانند فشارهای مختلف تولید کنند. برای تولید فشار دو روش ساده تغییر قطر خروجی و تغییر دور وجود دارد که تغییر دور تاثیر کمتری نسبت به تغییر قطر قالب بر فشار دارد.در مورد قالب باید گفت که : اولا طول land یا L2 در تمام اینسرتها یکسان است. ثانیا زاویه α برای تمام اینسرتها یکسان است و همچنین رابطه L1+L2+LC برای تمام اینسرتها یکسان است.
