دانلود مقاله مقایسه رفتار تخته خرده چوب و تخته کاه در برابر پرس

چکیده:

برای افزایش اطلاعات در مورد روش تولید کامپوزیت کاه، ذرات به کار برده شده در تخته خرده چوب و تخته کاه به همراه چسب اوره فرم آلدهید(UF) تحت پرس قرار گرفته و به  صورت آزمایشی ، نفوذ پذیری خرده چوب ها ، فشار خرده چوب ها ، دمای مغز تخته ، فشار بخار مغزی ، پروفیل عمودی تخته، بررسی و با هم مقایسه شدند.

نتایج نشان دادند که تخته کاه خیلی بیشتر فشرده می شود و بنابراین نیاز به فشار کمتری برای فشرده شدن داشت.

ذرات چوب و ذرات جدا شده از تخته کاه با هم مقایسه شدند. الیاف کاه به دست آمده از آسیاب چکشی، نفوذ پذیری کم و ثانیا‌ً فشار بخار مغزی بالایی داشته و بیشترین دمای مغزی را در هنگام پرس گرم، نشان دادند که به اختلاف دانسیته بین سطح و لایه های مغزی در تخته پرس شده نهایی، افزود.

توصیه شده است که بسته شدن پرس به آهستگی و باز شدن آن طولانی مدت باشد تا برنامه پرس تخته کاه بهبود یابد.   

مقدمه :

تخته کاه یک کامپوزیت کاملاً جدید وتولید شده از کاه گندم یا برنج می باشد. در فرآیند تولید ، ممکن است کاه ها کوبیده شوند(آسیاب چکشی) ویا به الیاف پالایش شوند. برای ارتباط مؤثر بین الیاف کاه با محتویات غیرآلی سطوح بالایی ، معمولاً از رزین متیل دی فنیل (MDI) استفاده می شود. برخی از مطالعات نشان می دهد که پرس خوب منجر به تولید تخته کاه مطلوب می شود. تخته کاه می تواند جایگزین MDF و تخته خرده چوب شود، همچنین تولید تخته کاه برای مناطق و کشور هایی که منابع چوبی کمی دارند و نیز الیاف کشاورزی که به آسانی در دسترس است، بسیار جالب  باشد. ولی تخته کاه هنوز برای رسیدن به عرصه تولید تجاری بالا،دارای مشکلات تکنیکی در فرایند شکل دهی کاه دارد، که به نظر می رسد ذرات چوب و الیاف دارای خصوصیات مختلفی هستند. یک تکنیک که از اهمیت خاصی برخوردار است، پرس تخته کاه در تولید می باشد. در یک کامپوزیت چوب، پرس یک کلید فعال در تولید تخته کاه است. هنگام پرس گرما و فشار برای استحکام ذرات چوب و عملکرد چسب بکار می روند. افزایش تولید نتنها به وسیله زمان پرس هدایت می شود، بلکه به خصوصیات فیزیکی و مکانیکی تولید نهایی و به ذرات متراکم شده خرده چوب ها و عملکرد چسب ها بستگی دارد. عملکرد پرس گرم خیلی پیچیده است، زیرا تغییرات معنی داری در گرما، رطوبت، تغییر شکل و چسبندگی دیده می شود. در این تحقیق خصوصیات رفتار تخته کاه در برابر پرس را با بهترین تخته خرده چوب ها مقایسه کردند. هدف اصلی تحقیق، بهبود اطلاعات مربوط به رفتار تخته کاه در برابر پرس بود و اهداف دیگر عبارتند از:

 1- بررسی تجربی استحکام و نفوذ پذیری تخته کاه در مقایسه با تخته خرده چوب

2- بررسی درجه حرارت چوبها ، فشار گاز داخلی ،دانسیته پروفیل عمودی تخته کاه و تخته خرده  چوب در طی پرس گرم  

مواد و روشها :

 برای تهیه کاه از سه گونه گندم استفاده شد. آنها الیاف کاه را بوسیله ساییدن کاه توسط آسیاب چکشی و پالایش در فشار اتمسفر از هم جدا کرده و برای مقایسه، ذرات باریک چوب را از یک کارخانه تخته خرده چوب تهیه کردند . ذرات کاه و ذرات چوب در ابعاد 250×250 میلیمتر که برای یک آزمون مکانیکی بین المللی آماده شده بودند، با استفاده از پرس سرد، پرس شدند . آزمون فشار برای تعیین ارتباط تنش و کرنش با ذرات تحت بار و شرایط بدون بارگذاری انجام شد. آزمون پرس گرم برای رزینی شدن ذرات شکل گرفته انجام شد، تا رفتار و عکس العمل پرس گرم تخته ها مشخص شود. دو تخته 900 × 900 میلیمتر از هر سه نوع کاه شامل ذرات کاه ساییده شده(توسط آسیاب چکشی)، ذرات کاه پالایش شده و ذرات چوب ساخته شدند. چسب اوره فرم آلدهید (UF) به میزان 9 درصد اندازه گیری شده بود. از این تحقیقات برای تعیین درجه حرارت و فشار بخار ذرات در هنگام پرس استفاده شد. فشار و در هم رفتگی ذرات به صورت اتوماتیکی با استفاده از سیستم کامپیوتری اندازه گیری شده و کنترل   می شود. برای تعیین نفوذ پذیری، نمونه های دیسکی (mm50 قطر و mm5 ضخامت)از تخته های آزمایشی و تخته خرده چوب تجاری بریده و تهیه شدند. این نمونه ها برای مطالعه وضعیت اولیه هدایت سیستم جریان هوا تهیه شده بودند. فشار هوا و میزان جریان برای هر آزمون ثبت شد. نفوذ پذیری بر اساس قانون darcy محاسبه شد. برای اندازه گیری مقدار تراکم عمودی، 3 نمونه mm50  × mm50 از هر تخته بریده شد. ضخامت نمونه ها به دقت با عبور اشعه x استاندارد مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بررسی ها بر اساس دانسیته میانگین نمونه ها با قطعات تولید شده از لایه های با دانسیته متوسط مقایسه شد.

بحث ونتیجه گیری:

خصوصیات مواد

- شکل هندسی مواد

در جدول1 اندازه های توزیع شده ذرات چوب، ذرات کاه ساییده شده و ذرات کاه پالایش شده مشخص شده است. هر دوی ذرات چوب و ذرات کاه ساییده شده حاوی بعضی ذرات کلفت و مقدار کمی ذرات باریک هستند، در حالیکه ذرات کاه پالایش شده اکثراً یک شکل به نظر می رسند. کاه های ساییده شده ضخیم اغلب شامل هیچ گرد و غباری نیستند. ویژگی های هندسی دیگر ذرات کاه (بخصوص کاه ساییده شده ) به طوری است که خیلی شبیه تراشه های کوچک هستند (باریک و تخت) و برخلاف شکل مکعب ذرات چوب می باشد.

خرده چوب های تراشه ای شکل، دارای نفوذ پذیری کم بخار در حالت کاه های متراکم یا نیمه متراکم هستند. جدول 2 فهرستی از جرم مخصوص ظاهری ذرات چوب به هم فشرده، کاه ساییده شده و ذرات کاه پالایش شده را نشان می دهد. بدون هیچ پرسی، فشردگی ذرات چوب، بیشتر از ذرات کاه است.

این حقیقت دارد که کاه در سطح خود موم اندود است و این می تواند منجر به ایجاد مشکل در نگهداری ذرات و درهم رفتگی بدون نقص ( در هنگام انتقال برای شکل گیری کیک و پرس) شود. متاسفانه مشکلات به وسیله چسب MDI (که خصوصیات جذب کنندگی ضعیفی دارد)حل نشدند. بنابراین، پیش پرس ممکن است هنگام تولید تجارتی تخته کاه، بخصوص تخته کاه ساییده شده ضروری  باشد.

تراکم پذیری:

شکل 2 مقایسه عکس العمل به فشار بین تخته های ذرات چوب، کاه ساییده شده و ذرات کاه پالایش شده را نشان می دهد. این یک واقعیت است که ذرات چوب سخت تر فشرده می شوند و کاه پالایش شده تراکم پذیرتر است. وهمچنین با فشار یکسان، فشردگی ذرات یا الیاف کاه بیشتر از ذرات چوب است. به عبارت دیگر، تخته کاه به فشار کمتری نسبت به ذرات چوب با دانسیته یکسان نیاز دارد.

نفوذ پذیری:

شکل3 مقایسه نفوذ پذیری چوب ماسیو، تخته کاه ساییده شده، تخته کاه پالایش شده و تخته خرده چوب را نشان می دهد. نفوذ پذیری چوب در جهت عرضی الیاف خیلی پایین است. کیک تشکیل شده از خرده چوب به علت درصد تخلخل بین کیک ها (Dia  and Steiner 1993) مانند تراشه ها و ذرات osb خیلی نفوذ ناپذیرتر از چوب ماسیو است اما با افزایش تراکم تخته ها در زمان پرس ، نفوذ پذیری به صورت چشمگیری کاهش پیدا می کند. وقتی ذرات چوب به صورت یک تخته پرس شده اند، به نظر می رسد نفوذ پذیری تخته ها تا حدی مشابه چوب ماسیو می شوند،گر چه تخته ها متراکم تر هستند. ( تصویر 6)

ارتباط بین نفوذ پذیری تخته و دانسیته آن یک مبحث اصلی است(Humphrey and Bolton 1989).  در این تحقیق رابطه نفوذ پذیری و دانسیته تخته کاه پالایش شده به نظر می رسد از همان منحنی تخته تشکیل شده از چوب پیروی می کند، در حالیکه نفوذ پذیری تخته کاه ساییده شده و کاه شکافته شده از منحنی دیگری تبعیت می کند. در یک دانسیته برابر، نفوذ پذیری کاه ساییده شده و تخته کاه شکافته شده به نظر می رسد به طور معنی داری کمتر از کاه پالایش شده و ذرات چوب باشد.   

واکنش پرس گرم :

فشار تخته ها

همه تخته ها با استفاده ازبرنامه زمانی یکسان پرس شده بودند، به این صورت که زمان بسته شدن صفحه پرس با استفاده از دو سرعت s60  و s240 بوده و پس از کنترل، فشار زمان باز شدن s40 طول کشید.

شکل 4 مقایسه اختلاف فشار تخته در طی پرس گرم، بین ذرات کاه و ذرات چوب را نشان می دهد. حداکثر فشار برای ذرات کاه نسبت به چوب اهمیت کمتری دارد زیرا ذرات کاه در آزمون پرس سرد خیلی نفوذ پذیر نشان داده شدند(شکل2). بنابر این ،نیروی درونی حاصل از برداشتن فشار در ذرات کاه کمتر است بعلاوه به نظر می رسد، ذرات کاه پالایش شده از ذرات کاه ساییده شده به فشار کمتری جهت پرس نیاز داشته باشند.

دمای مغز:

تغییرات درجه حرارت مغز برای ذرات چوب و کاه پالایش شده با هم مشابه است. درجه حرارت مغز ذرات چوب، از ذرات کاه ساییده شده سریعتر افزایش می یابد اما در مراحل انتهایی پرس، کمتر است. این افزایش تدریجی و بالابودن دمای مغز در انتهاکه تخته کاه ساییده شده نسبت داده می شود ، به علت نفوذ پذیری کم آن طبق مباحث قبلی می باشد. نفوذ پذیری کمتر، موجب انتقال آهسته جریان گرما از سطح به مغز بوده و خروج تدریجی بخار موجب بالاتر بودن درجه حرارت انتهایی در داخل تخته       می شود.

فشار بخار:

تصویر 6 اختلاف فشار بخار مغز در هنگام پرس را نشان می دهد. یک اختلاف معنی داری بین ذرات کاه ساییده شده، کاه پالایش شده و ذرات چوب وجود دارد. ولی فشار بخار داخلی تا حدودی برای کاه پالایش شده و ذرات چوب مشابه است ولی فشار بخار داخلی برای کاه ساییده شده دو برابر بالاتر است. اختلاف در فشار بخار احتمالا به نفوذ پذیری مربوط می شود. طبق نمودار، تخته کاه ساییده شده دارای نفوذ پذیری کمتری است، بخار تولید شده داخلی تخته سخت تر خارج می شود بنابراین منجر به فشار بیشتری می شود. فشار بخار مغزی بالا سبب باز شدن تخته(لایه لایه شدن) بعد از باز شدن پرس می شود. بنابراین دوره کم بخاری یا کم فشاری باید طولانی شود.

 دانسیته پروفیل عمودی:

 درتصویر7 انواع دانسیته های پروفیل عمودی برای تخته کاه پالایش شده که خیلی نزدیک به تخته خرده چوب می باشند نشان داده شده است، به طوری که اختلاف زیادی در فشردگی تخته ها می باشد. این به این معنی است که فشردگی تخته، فاکتور کنترل کننده دانسیته تخته نیست. جدول 3 دانسیته سطح و مغز پروفیل عمودی سه نوع تخته را نشان می دهد. مجدداً اختلاف دانسیته ها برای تخته کاه پالایش شده و تخته خرده چوب بسیار مشابه می باشد ولی اختلاف دانسیته سطح و مغز در تخته کاه ساییده شده خیلی زیاد بود، به طوری  که حداکثر دانسیته در سطح برای آن و کمترین دانسیته در مغز نیز برای این تخته بود. پایین بودن دانسیته مغزی می تواند به علت مشکل در توانایی چسبندگی داخلی باشد. بر طبق نظریه daietal2000، اختلاف دانسیته زیاد در تخته کاه ساییده شده مربوط به نفوذ پذیری اندک تخته می باشد.