مقايسه رفتار تخته خرده چوب و تخته كاه در برابر پرس
Comparison of the pressing behaviour of wood particleboard and strawboard
چكيده:
براي افزايش اطلاعات در مورد روش توليد كامپوزيت كاه، ذرات به كار برده شده در تخته خرده چوب و تخته كاه به همراه چسب اوره فرم آلدهيد(UF) تحت پرس قرار گرفته و به صورت آزمايشي ، نفوذ پذيري خرده چوب ها ، فشار خرده چوب ها ، دماي مغز تخته ، فشار بخار مغزي ، پروفيل عمودي تخته، بررسي و با هم مقايسه شدند.
نتايج نشان دادند كه تخته كاه خيلي بيشتر فشرده مي شود و بنابراين نياز به فشار كمتري براي فشرده شدن داشت.
ذرات چوب و ذرات جدا شده از تخته كاه با هم مقايسه شدند. الياف كاه به دست آمده از آسياب چكشي، نفوذ پذيري كم و ثانياً فشار بخار مغزي بالايي داشته و بيشترين دماي مغزي را در هنگام پرس گرم، نشان دادند كه به اختلاف دانسيته بين سطح و لايه هاي مغزي در تخته پرس شده نهايي، افزود.
توصيه شده است كه بسته شدن پرس به آهستگي و باز شدن آن طولاني مدت باشد تا برنامه پرس تخته كاه بهبود يابد.
مقدمه :
تخته كاه يك كامپوزيت كاملاً جديد وتوليد شده از كاه گندم يا برنج مي باشد. در فرآيند توليد ، ممكن است كاه ها كوبيده شوند(آسياب چكشي) ويا به الياف پالايش شوند. براي ارتباط مؤثر بين الياف كاه با محتويات غيرآلي سطوح بالايي ، معمولاً از رزين متيل دي فنيل (MDI) استفاده مي شود. برخي از مطالعات نشان مي دهد كه پرس خوب منجر به توليد تخته كاه مطلوب مي شود. تخته كاه مي تواند جايگزين MDF و تخته خرده چوب شود، همچنين توليد تخته كاه براي مناطق و كشور هايي كه منابع چوبي كمي دارند و نيز الياف كشاورزي كه به آساني در دسترس است، بسيار جالب باشد. ولي تخته كاه هنوز براي رسيدن به عرصه توليد تجاري بالا،داراي مشكلات تكنيكي در فرايند شكل دهي كاه دارد، كه به نظر مي رسد ذرات چوب و الياف داراي خصوصيات مختلفي هستند. يك تكنيك كه از اهميت خاصي برخوردار است، پرس تخته كاه در توليد مي باشد. در يك كامپوزيت چوب، پرس يك كليد فعال در توليد تخته كاه است. هنگام پرس گرما و فشار براي استحكام ذرات چوب و عملكرد چسب بكار مي روند. افزايش توليد نتنها به وسيله زمان پرس هدايت مي شود، بلكه به خصوصيات فيزيكي و مكانيكي توليد نهايي و به ذرات متراكم شده خرده چوب ها و عملكرد چسب ها بستگي دارد. عملكرد پرس گرم خيلي پيچيده است، زيرا تغييرات معني داري در گرما، رطوبت، تغيير شكل و چسبندگي ديده مي شود. در اين تحقيق خصوصيات رفتار تخته كاه در برابر پرس را با بهترين تخته خرده چوب ها مقايسه كردند. هدف اصلي تحقيق، بهبود اطلاعات مربوط به رفتار تخته كاه در برابر پرس بود و اهداف ديگر عبارتند از:
1- بررسي تجربي استحكام و نفوذ پذيري تخته كاه در مقايسه با تخته خرده چوب
2- بررسي درجه حرارت چوبها ، فشار گاز داخلي ،دانسيته پروفيل عمودي تخته كاه و تخته خرده چوب در طي پرس گرم
مواد و روشها :
براي تهيه كاه از سه گونه گندم استفاده شد. آنها الياف كاه را بوسيله ساييدن كاه توسط آسياب چكشي و پالايش در فشار اتمسفر از هم جدا كرده و براي مقايسه، ذرات باريك چوب را از يك كارخانه تخته خرده چوب تهيه كردند . ذرات كاه و ذرات چوب در ابعاد 250×250 ميليمتر كه براي يك آزمون مكانيكي بين المللي آماده شده بودند، با استفاده از پرس سرد، پرس شدند . آزمون فشار براي تعيين ارتباط تنش و كرنش با ذرات تحت بار و شرايط بدون بارگذاري انجام شد. آزمون پرس گرم براي رزيني شدن ذرات شكل گرفته انجام شد، تا رفتار و عكس العمل پرس گرم تخته ها مشخص شود. دو تخته 900 × 900 ميليمتر از هر سه نوع كاه شامل ذرات كاه ساييده شده(توسط آسياب چكشي)، ذرات كاه پالايش شده و ذرات چوب ساخته شدند. چسب اوره فرم آلدهيد (UF) به ميزان 9 درصد اندازه گيري شده بود. از اين تحقيقات براي تعيين درجه حرارت و فشار بخار ذرات در هنگام پرس استفاده شد. فشار و در هم رفتگي ذرات به صورت اتوماتيكي با استفاده از سيستم كامپيوتري اندازه گيري شده و كنترل مي شود. براي تعيين نفوذ پذيري، نمونه هاي ديسكي (mm50 قطر و mm5 ضخامت)از تخته هاي آزمايشي و تخته خرده چوب تجاري بريده و تهيه شدند. اين نمونه ها براي مطالعه وضعيت اوليه هدايت سيستم جريان هوا تهيه شده بودند. فشار هوا و ميزان جريان براي هر آزمون ثبت شد. نفوذ پذيري بر اساس قانون darcy محاسبه شد. براي اندازه گيري مقدار تراكم عمودي، 3 نمونه mm50 × mm50 از هر تخته بريده شد. ضخامت نمونه ها به دقت با عبور اشعه x استاندارد مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج بررسي ها بر اساس دانسيته ميانگين نمونه ها با قطعات توليد شده از لايه هاي با دانسيته متوسط مقايسه شد.
بحث ونتيجه گيري:
خصوصيات مواد
- شكل هندسي مواد
در جدول1 اندازه هاي توزيع شده ذرات چوب، ذرات كاه ساييده شده و ذرات كاه پالايش شده مشخص شده است. هر دوي ذرات چوب و ذرات كاه ساييده شده حاوي بعضي ذرات كلفت و مقدار كمي ذرات باريك هستند، در حاليكه ذرات كاه پالايش شده اكثراً يك شكل به نظر مي رسند. كاه هاي ساييده شده ضخيم اغلب شامل هيچ گرد و غباري نيستند. ويژگي هاي هندسي ديگر ذرات كاه (بخصوص كاه ساييده شده ) به طوري است كه خيلي شبيه تراشه هاي كوچك هستند (باريك و تخت) و برخلاف شكل مكعب ذرات چوب مي باشد.
خرده چوب هاي تراشه اي شكل، داراي نفوذ پذيري كم بخار در حالت كاه هاي متراكم يا نيمه متراكم هستند. جدول 2 فهرستي از جرم مخصوص ظاهري ذرات چوب به هم فشرده، كاه ساييده شده و ذرات كاه پالايش شده را نشان مي دهد. بدون هيچ پرسي، فشردگي ذرات چوب، بيشتر از ذرات كاه است.
اين حقيقت دارد كه كاه در سطح خود موم اندود است و اين مي تواند منجر به ايجاد مشكل در نگهداري ذرات و درهم رفتگي بدون نقص ( در هنگام انتقال براي شكل گيري كيك و پرس) شود. متاسفانه مشكلات به وسيله چسب MDI (كه خصوصيات جذب كنندگي ضعيفي دارد)حل نشدند. بنابراين، پيش پرس ممكن است هنگام توليد تجارتي تخته كاه، بخصوص تخته كاه ساييده شده ضروري باشد.
تراكم پذيري:
شكل 2 مقايسه عكس العمل به فشار بين تخته هاي ذرات چوب، كاه ساييده شده و ذرات كاه پالايش شده را نشان مي دهد. اين يك واقعيت است كه ذرات چوب سخت تر فشرده مي شوند و كاه پالايش شده تراكم پذيرتر است. وهمچنين با فشار يكسان، فشردگي ذرات يا الياف كاه بيشتر از ذرات چوب است. به عبارت ديگر، تخته كاه به فشار كمتري نسبت به ذرات چوب با دانسيته يكسان نياز دارد.
نفوذ پذيري:
شكل3 مقايسه نفوذ پذيري چوب ماسيو، تخته كاه ساييده شده، تخته كاه پالايش شده و تخته خرده چوب را نشان مي دهد. نفوذ پذيري چوب در جهت عرضي الياف خيلي پايين است. كيك تشكيل شده از خرده چوب به علت درصد تخلخل بين كيك ها (Dia and Steiner 1993) مانند تراشه ها و ذرات osb خيلي نفوذ ناپذيرتر از چوب ماسيو است اما با افزايش تراكم تخته ها در زمان پرس ، نفوذ پذيري به صورت چشمگيري كاهش پيدا مي كند. وقتي ذرات چوب به صورت يك تخته پرس شده اند، به نظر مي رسد نفوذ پذيري تخته ها تا حدي مشابه چوب ماسيو مي شوند،گر چه تخته ها متراكم تر هستند. ( تصوير 6)
ارتباط بين نفوذ پذيري تخته و دانسيته آن يك مبحث اصلي است(Humphrey and Bolton 1989). در اين تحقيق رابطه نفوذ پذيري و دانسيته تخته كاه پالايش شده به نظر مي رسد از همان منحني تخته تشكيل شده از چوب پيروي مي كند، در حاليكه نفوذ پذيري تخته كاه ساييده شده و كاه شكافته شده از منحني ديگري تبعيت مي كند. در يك دانسيته برابر، نفوذ پذيري كاه ساييده شده و تخته كاه شكافته شده به نظر مي رسد به طور معني داري كمتر از كاه پالايش شده و ذرات چوب باشد.
واكنش پرس گرم :
فشار تخته ها
همه تخته ها با استفاده ازبرنامه زماني يكسان پرس شده بودند، به اين صورت كه زمان بسته شدن صفحه پرس با استفاده از دو سرعت s60 و s240 بوده و پس از كنترل، فشار زمان باز شدن s40 طول كشيد.
شكل 4 مقايسه اختلاف فشار تخته در طي پرس گرم، بين ذرات كاه و ذرات چوب را نشان مي دهد. حداكثر فشار براي ذرات كاه نسبت به چوب اهميت كمتري دارد زيرا ذرات كاه در آزمون پرس سرد خيلي نفوذ پذير نشان داده شدند(شكل2). بنابر اين ،نيروي دروني حاصل از برداشتن فشار در ذرات كاه كمتر است بعلاوه به نظر مي رسد، ذرات كاه پالايش شده از ذرات كاه ساييده شده به فشار كمتري جهت پرس نياز داشته باشند.
دماي مغز:
تغييرات درجه حرارت مغز براي ذرات چوب و كاه پالايش شده با هم مشابه است. درجه حرارت مغز ذرات چوب، از ذرات كاه ساييده شده سريعتر افزايش مي يابد اما در مراحل انتهايي پرس، كمتر است. اين افزايش تدريجي و بالابودن دماي مغز در انتهاكه تخته كاه ساييده شده نسبت داده مي شود ، به علت نفوذ پذيري كم آن طبق مباحث قبلي مي باشد. نفوذ پذيري كمتر، موجب انتقال آهسته جريان گرما از سطح به مغز بوده و خروج تدريجي بخار موجب بالاتر بودن درجه حرارت انتهايي در داخل تخته مي شود.
فشار بخار:
تصوير 6 اختلاف فشار بخار مغز در هنگام پرس را نشان مي دهد. يك اختلاف معني داري بين ذرات كاه ساييده شده، كاه پالايش شده و ذرات چوب وجود دارد. ولي فشار بخار داخلي تا حدودي براي كاه پالايش شده و ذرات چوب مشابه است ولي فشار بخار داخلي براي كاه ساييده شده دو برابر بالاتر است. اختلاف در فشار بخار احتمالا به نفوذ پذيري مربوط مي شود. طبق نمودار، تخته كاه ساييده شده داراي نفوذ پذيري كمتري است، بخار توليد شده داخلي تخته سخت تر خارج مي شود بنابراين منجر به فشار بيشتري مي شود. فشار بخار مغزي بالا سبب باز شدن تخته(لايه لايه شدن) بعد از باز شدن پرس مي شود. بنابراين دوره كم بخاري يا كم فشاري بايد طولاني شود.
دانسيته پروفيل عمودي:
درتصوير7 انواع دانسيته هاي پروفيل عمودي براي تخته كاه پالايش شده كه خيلي نزديك به تخته خرده چوب مي باشند نشان داده شده است، به طوري كه اختلاف زيادي در فشردگي تخته ها مي باشد. اين به اين معني است كه فشردگي تخته، فاكتور كنترل كننده دانسيته تخته نيست. جدول 3 دانسيته سطح و مغز پروفيل عمودي سه نوع تخته را نشان مي دهد. مجدداً اختلاف دانسيته ها براي تخته كاه پالايش شده و تخته خرده چوب بسيار مشابه مي باشد ولي اختلاف دانسيته سطح و مغز در تخته كاه ساييده شده خيلي زياد بود، به طوري كه حداكثر دانسيته در سطح براي آن و كمترين دانسيته در مغز نيز براي اين تخته بود. پايين بودن دانسيته مغزي مي تواند به علت مشكل در توانايي چسبندگي داخلي باشد. بر طبق نظريه daietal2000، اختلاف دانسيته زياد در تخته كاه ساييده شده مربوط به نفوذ پذيري اندك تخته مي باشد.
تكنيك هاي پرس:
توسعه مناسب برنامه زماني پرس براي تخته كاه حداقل به دو فاكتور وابسته مي باشد. ابتدا ذرات كاه خيلي تراكم پذير هستند، بنابراين به فشار كمتري براي بسته شدن پرس نياز دارد. ثانيا ذرات كاه ساييده شده نفوذ پذيري كمتري از ذرات چوب و كاه پالايش شده دارد . بنابراين ميزان بسته شدن پرس نسبت به دو مورد ديگر بايد آهسته تر باشد تا از دانسيته مغزي اندك جلوگيري شود. همچنين براي جلوگيري از باز شدن تخته به دليل فشار بخار مغزي زياد ، دوره باز شدن پرس بايد طولاني تر شود .
در پايان مقايسه ذرات چوب و ذرات كاه منحصراً در اشكال هندسي و ابعاد آنها انجام شد. ذرات كاه ساييده شده ويژگي هايي شبيه تراشه دارد و شامل مقدار كمي گرد و غبار است. دانسيته ظاهري تخته با ذرات كاه كمتر است . اين امر همراه با سطوح چسبناك آنها ممكن است در كنترل و نگهداري بدون عيب ذرات براي توليد تخته كاه مشكل آفرين شود . با توجه به اينكه ذرات كاه خيلي تراكم پذير هستند، بنابراين احتياج به فشار صفحه پرس كمتري هنگام بسته شدن پرس دارند. نفوذپذيري تخته با ذرات كاه ساييده شده به طور معني داري كمتر از تخته با ذرات چوب و ذرات كاه پالايش شده مي باشد . در مقايسه با ذرات چوب و ذرات كاه پالايش شده، تخته كاه ساييده شده نفوذپذيري كمتر و ثانيا فشار بخار بيشتر و بيشترين درجه حرارت مغزي و بيشترين اختلاف دانسيته بين سطح و لايه هاي مغزي را دارا مي باشند. پيشنهاد شده كه براي پيشرفت برنامه پرس تخته كاه ، زمان بسته شدن پرس، آهسته تر و زمان باز شدن آن طولاني تر باشد . بايد به اين نكته توجه كرد كه تخته ها به وسيله چسب UF متصل شوند زيرا استفاده از چسب هاي ديگر ممكن است منجر به نتايج متفاوتي شود.