چکیده
در این مقاله تاثیرات مقدار هاردنر بعضی از خواص فیزیکی و مکانیکی تخته خرده چوب سه لایه بررسی شده است. فاکتور متغییر استفاده از هاردنر ( ۰٫۴% ، ۰٫۶% ، ۰٫۸% ، ۱% و ۱٫۵% برای لایههای بیرونی و ۱٫۵% ، ۲% ، ۲٫۵% ، ۳% و ۳٫۵% برای لایههای مغزی برپایه وزن جامد رزین ) بود. پارامترهای رزین بدین صورت هست که نوع رزین( اوره فرمالدئید)، ماده ضد آب(پارافین)، هاردنر(آمونیوم سولفات)، دانسیته نهایی تخته (g/cm3 0.635 )، فشار پرس (Kg/cm225)، حرارت پرس(c· ۲۲۵)، زمان پرس ( S100) بصورت ثابت بودند. پانلها برای خواص مکانیکی شامل مدول گسیختگی(MOR)، مدول الاستیسیته(MOE)، چسبندگی داخلی(IB) و خواص فیزیکی، واکشیدگی ضخامت(TS) مطابق با دستورالعملهای تعریف شده توسط استاندارد اروپایی ( EN) آزمایش شدند. درحالیکه خواص فیزیکی و مکانیکی همچنانکه مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۱% برای لایههای بیرونی و از ۱٫۵% به ۳% برای لایههای مغزی افزایش پیدا کرد، اصلاح شده بودند، افزایش مقدار هاردنر از ۱٫۵% برای لایههای بیرونی و ۳٫۵% برای لایه مغزی نتیجه منفی بر روی این خواص داشت. افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۸% تا ۱% برای لایههای سطحی و ۲٫۵% تا ۳% برای لایه مغز نتیجه غیر معنیداری در همه خواص پانلهای تخته خرده چوب داشتند.
کلمات کلیدی: تخته خرده چوب، هاردنر، اسیدیته، اوره فرمالدئید، خواص فیزیکی و خواص مکانیکی.
۱٫ مقدمه
تختهخرده چوب یک فراورده مرکب چوبی مهندسی شده است که از خردههای چوب از قبیل تراشههای بریده شده با دستگاه، چیپس، یا حتی خاک اره، و یک رزین مصنوعی یا دیگر اتصال دهندههای مناسب که پرس شدهاند، ساخته می شود. این محصول دارای کاربردهای فراوانی از قبیل مبلمان، کابینت، طبقه ها، میز، گیشه و صندلیها، پارتیشنهای اداری، دیوار و سقف، پلکانها، ساخت خانه، چهارچوب دربها، اپنهای آشپزخانه، تابلوهای داخلی و اطلاعات و دیگر تولیدات صنعتی می باشد.
مصرف تختهخرده چوب هر ساله افزایش می یابد. تقاضا برای پانلهای تخته خرده چوب در زمینه خانه سازی، طراحیهای داخلی و تولیدات مبلمان در حال افزایش می باشد. نقطه خرید و فروش این محصولات قیمت پایینی است. این محصولات چندین مزیت دیگر دارند؛ اینکه استحکام مناسبی دارند. چوب توپر متمایل به شکافخوری و پیچیدگی با تغییرات رطوبت می باشد، در حالیکه تختهخرده چوب بدین صورت نیست. ساخت تختهخرده چوب بصورت خواص بوم شناختی صوتی می باشد، بدین صورت که مواد پسماند به محصولات سودمند تبدیل می شوند، در این موضوع با تهیه و نگهداری منابع طبیعی مقدور نمی باشد.
رزینهای اوره فرمالدئید استفادههای زیادی در ساخت تختهخرده چوب و دیگر پانلهای صنعتی بر پایه چوب دارند. اوره فرمالدئید به عنوان یک رزین عمده در صنایع فراوردههای چوبی به علت قیمت پایین، پلیمر شدن در حرارت پایین، قابلیت حل در آب، بی رنگ بودن و استفاده تحت یک مرحله کاملا باز در عملیات منعقد شدن( کیورینگ) استفاده می شود. درمقابل این رزین دارای قابلیت تجزیه بالا و پایداری اندکی در برابر آب می باشد.
هدف از این تحقیق بدست آوردن تاثیرات هاردنر بر روی خواص فیزیکی(برگشت ضخامت) و مکانیکی(مدولالاستیسیته، مدول گسیختگی و چسبندگی داخلی) در پانلهای تختهخرده چوب است.
۲٫ مواد و روشها
در این تحقیق، خردهچوبهای صنعتی( از مخلوط کاج، راش و صنوبر تهیه شده بودند.) که بعنوان ماده خام برای ساخت تختهخرده چوب استفاده شدند. چوب هر گونه برای تهیه تختهخرده چوب با گذراندن از یک خردکن و آسیاب حلقوی تولید شدند. خردهچوبها تا مقدار رطوبت ۲% خشک شدند. یک ماشین غربال با مش های ۱ و ۰٫۲۵ میلیمتر گشادگی و یک سیستم پنوماتیک برای جداسازی خردهچوبهایی که کوچکتر از اندازه مورد نظر بودند و برای تفکیک خردهچوبهای لایه سطح و مغز استفاده شد. نسبت ضخامت سطح به کل ضخامت برای تمام پانلها ۰٫۳۵ بود. خردهچوبها از موادی استفاده می شدند که ضخامت تخته تولید شده ۱۸ میلیمتر شود. مقدار مصرف رزین اوره فرمالدئید در این پانل ها ۹% و ۱۱% با درصد حجمی( حجم جامد) ۶۵% بر پایه وزن خشک خردهچوب به ترتیب برای لایه مغز و لایههای سطح بودند. آمونیوم سولفات همراه با رزین به عنوان هاردنر با درصد حجمی ۱۵% و ۲۵% بترتیب برای لایههای سطحی و لایه مغز اضافه شد. امولسیون پارافین به عنوان یک ماده ضدآب با درصد حجمی ۳۲% همراه با ۵% و ۴%( بر پایه وزن چسب) بترتیب برای لایههای سطحی و مغز استفاده شد. اوره فرمالدئید، آمونیوم سولفات و پارافین از شرکت فراوردههای جنگلی اختر چوب ترکیه تهیه شده بود. ترکیبات مقدار هاردنر در جدول شماره ۱ نشان داده شده است. برای هر نوع پانل دو تکرار استفاده شده بود.
تختهها در دمایc ˙ ۲۲۵ تحت بار Kg/cm2 25 برای مدت زمان ۱۰۰ ثانیه پرس شدند. پانلها بعد از آمادهسازی در اتاقی با رطوبت نسبی ۶۵% و ۲۰ درجه سانتیگراد برای آزمایشات مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته( EN310 ,1993)، چسبندگی داخلی(EN 319) و برگشت ضخامت بعد از ۲۴ ساعت غوطهوری(EN317 ,1993) قرار گرفتند. اسیدیته خردهچوبها در یک محلول عصارهگیری که با آرد خردهچوب و آب جوشانده شدند ساخته شده بودند، اندازه گیری شد.
زمان برای هر آزمایش بصورت آماری تحلیل شده بود. اثر مقدار هاردنر استفاده شده بر روی خواص پانلهای تختهخرده چوب توسط آنالیز واریانس(ANOVA) محاسبه شدند. هنگامیکه ANOVA تفاوت معنیداری در میان فاکتورها و سطوح نشان داد، یک مقایسه میانگین با آزمون دانکن برای تشخیص هر گروه انجام گرفت که تفاوت معنیداری از دیگر گروه ها با سطح اطمینان ۹۵% داشتند.
۳٫ نتایج و بحث
مطابق با استاندارد TS EN 312 ، حداقل نیاز مدول گسیختگی پانلهای تختهخرده چوب برای مصارف عمومی و داخلی ( شامل مبلمان) بترتیب ۱۱٫۵ و N/mm2 13 می باشد. به استثناء پانل نوع ۱ و ۵، همه دیگر پانلهای آزمایشی، مدول گسیختگی بالاتری نسبت به تقاضاهای اهداف عمومی داشتند. تقاضاهای MOR پانلهای نوع ۲ و ۳ برای مصارف داخلی شامل کاربرد تولید مبلمان تجاوز کرده بود.
تقاضای حداقل مدول الاستیسیته برای مصارف داخلیN/mm2 1600 می باشد. طبق نتایج آزمایش، مقدار مدول الاستیسیته پانل نوع ۲ ، ۳ و ۴ بیشتر از مقادیر استاندارد مورد نیاز در استانداردهایی که برای مصارف داخلی نظیر مصارف مبلمان داشتند.
مطابق با استاندارد TS EN 312، مقدار IB پانل های تختهخرده چوب باید به ترتیب ۰٫۲۴ و N/mm2 0.35 برای مصارف عمومی و ساخت مبلمان باشند. پانل نوع ۲ و ۳ با سطوح مورد نیاز IB برای مصارف عمومی و داخلی مطابقت دارد.
رنج دادههای TS از محدوده ۱۴٫۴۱% تا ۱۹٫۸۶% می باشد. مقدار حداکثر TS ( بعد از ۲۴ ساعت غوطهوری) پانلهای تختهخرده چوب برای تختههایی که در جهت بار هستند و در شرایط خشک استفاده میشوند، باید ۱۵% باشد. نتایج نشان می دهد که پانل نوع ۲ و۳ مقدار TS مورد نیازشان طبق استاندارد TS EN 312 رضایت بخش است.
مقادیر میانگین PH در خردهچوبهای مخلوط و غیر مخلوط و نتایج آنالیز آماری در جدول ۲ نشان داده شده است. طبق نتایج آزمایش، مقدار PH خرده چوبها در محدوده ۳٫۰۵ تا ۵٫۸۶ می باشد. افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۰٫۸% و از ۱٫۵% به ۲٫۵% بترتیب برای لایههای سطح و مغز بطور معنیداری PH خردهچوبهای را کاهش داده است. اختلاف آماری بین مقدار PH خردهچوبهای استفاده شده برای ساخت پانل ۲ و ۳ وجود ندارد. اگرچه، افزودن مقدار ۱% و ۳% هاردنر بطور آماری مقادیر PH را کاهش می دهد.
تاثیرات مقدار هاردنر بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی پانلهای آزمایش در شکلهای ۱ تا ۴ نشان داده شده است.
افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۴% به ۰٫۸% و از ۱٫۵% به ۲٫۵% بطور معنیداری موجب اصلاح و بهبود مدول گسیختگی، مدول الاستیسیته، چسبندگی داخلی و واکشیدگی ضخامت در پانلها می شود.PH خردهچوبها قبل از مخلوط ۵٫۸۶ بوده است. بعد از عملیات اختلاط، PH خردهچوبهای استفاده شده برای ساخت پانل نوع ۲ ، ۳ و ۴ از ۴٫۴۲ به ۴٫۹۱ تغییر کرده بود. چسبندگی خوب بین خردهچوبها و عمل کیورینگ موفق در PH، ۴ تا ۵ صورت می گیرد. کاهش PH خردهچوبها برای سطوح قابل قبول برای چسبندگی مناسب و عملیات کیورینگ موفق چسب اوره فرمالدئید سبب بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی شده است.
افزایش مقدار هاردنر از ۱% به ۱٫۵% و از ۳% به ۳٫۵% بترتیب برای لایههای سطح و مغز، تاثیر منفیای بر روی خواص تخصصی ( تکنولوژیکی ) پانلهای آزمایشی گذاشته است. که این به سبب کاهش اسیدیته خردهچوبهای مخلوط شده در PH زیر ۴ تا ۵ می باشد. رزین باید در طول عملیات پرس داغ پلیمر شود. PH پایین خردهچوبها ( زیر ۴) باعث می شود تا عملیات کورینگ چسب قبل از پروسه پرس داغ تکرار شود. به این سبب، اتصال بین خردهچوبها ضعیف است. خردهچوبهای مخلوط شده شکسته هستند. اتصال چسب در طول پرس داغ به علت تکرار مجدد عملیات کیورینگ خردهچوبها شکسته می شوند. اختلاف آماری بین مقادیر واکشیدگی ضخامت و مقاومت مکانیکی پانل نوع ۲ و ۳ وجود ندارد، زیرا مقاریر PH مشابهی دارند(جدول ۲). نتایج نشان میدهد که خواص فیزیکی و مکانیکی قابل قبول در پانل نوع ۲ و۳ بدست آمده است. علت این نتیجه مقادیر قابل قبول PH،( ۴٫۴۲ و ۴٫۵۷) در خردهچوبها بعد از پروسه اختلاط را می توان در جدول شماره ۲ مشاهده کرد.
افزایش مقدار هاردنر از ۰٫۸% به ۱% و از ۲٫۵% به ۳% بترتیب برای لایههای سطح و مغز ، اثر غیر معنیداری بر روی خواص فیزیکی و مکانیکی پانلهای تختهخرده چوب دارد . این ممکن است به علت اختلاف غیر آماری بین اسیدیته خردهچوبهای استفاده شده برای ساخت پانل نوع ۲ و۳ بعد از پروسه اختلاط باشد(جدول ۲).
۴٫ اختتام
این تحقیق نشان داده است که مقدار هاردنر و اسیدیته خردهچوبها پارامترهای اصلی تاثیرگذار خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیتهای تختهخرده چوب می باشد. کاهش و افزایش اسیدیته خردهچوبها کمتر از PH ، ۴ و بیشتر از PH5 ، بترتیب، بطور منفی بر روی کیفیت خواص پانلهای تختهخرده چوب تاثیر گذاشته است. مطابق با نتایج آزمایش، مشخص شده بود که مقدار هاردنر نباید از نسبت معیینی تجاوز کند و اسیدیته خردهچوبها باید بعد از پروسه اختلاط توسط نسبت PH برای تولید تختهخرده چوب با کیفیت مناسب کنترل شود.
حال آنکه پانلهای تختهخرده چوب باید سطوح مورد نیاز خواص فیزیکی و مکانیکی مطابق استانداردها را دارا باشند، هزینه ساختشان باید پایین تر باشد. در این تحقیق، هاردنر مبنی بر وزن جامد رزین استفاده شد. این مقدار خیلی پایین تر از دیگر مواد خام استفاده شده در ساخت تختهخرده چوبها می باشد که مقایسه شده است. از آنجاییکه ۹۰% پانل تختهخرده چوب ، چوب است، دیگر قسمت ها ( ۱۰%) چسب، ماده ضدآب و هاردنر هستند. مقدار هاردنر ( ۳٫۵ تا ۴% از ۱۰%) مقایسه شده با کل هزینه ماده خام استفاده شده در ساخت تختهخرده چوب غیر معنیدار است. به این سبب مقدار هاردنر استفاده شده در پانل نوع ۳ برای ساخت پانلها استفاده شده است. تحقیقات بیشتری برای تعیین اثرات مقدار هاردنر برروی سطوح زبر و نشر فرمالدئید در پانلهای تختهخرده چوب نیاز است.
منبع:http://www.woodkala.com/