برای تبدیل منابع كم ارزش می توان الیاف چوب را با رزین های ترمو پلاستیك تركیب كرده كه حاصل كامپوزیت چوب پلاستیك (WPC) نام دارد. محققان مشغول بهینه كردن كارآیی مواد كامپوزیت، وارسی اثرات فرآیند ها و بهبود كارآیی مهندسی و مقاومت آن هستند. رزینهای ترمو پلاستیك از جمله پروپیلن، پلی اتیلن، پلی استیرن و .... هنگام گرم شدن نرم و هنگام خنك شدن سخت می شوند. این خاصیت به مواد دیگری همچون چوب اجازه می دهد كه با آنها مخلوط شوند و محصولات كامپوزیتی را حاصل كنند. چوب پلاستیك های (WPCs) حاصل به راحتی قابل شكل دهی و بازیافت هستند. چوب پلاستیكها معمولآ 30 تا 60 درصد پر كننده ی چوب یا تقویت كننده دارند. پودر چوب از تراش چوب در فرآیندهای صنعتی نظیر تراش تهیه می شود. با اینكه فرآوری الیاف چوب نسبت به پودر چوب سخت تر است اما الیاف چوب می تواند به كامپوزیت های با خواص بالاتری منتهی شوند و بیشتر به عنوان تقویت كننده عمل می كنند تا پر كننده.
الیاف چوب از هر دو منبع بازیافتی و استفاده نشده در دسترس هستند. منابع بازیافتی شامل تخته ها، الوار خراب و روزنامه های قدیمی هستند. چوب حاصل از درختان با قطر كم بهتر می توانند در این دسته مورد استفاده قرار گیرد. افزودنی هایی نیز معمولآ در ساخت (WPC) ها مورد استفاده قرار می گیرند. افزودنی ها موادی هستند كه به مقادیر كم و برای بالا بردن خواص مختلف به كار می روند. برای مثال مواد نرم كننده خواص ظاهری سطحی را بهبود می بخشند، ماده فیت كننده و چسبان، چسبندگی بین چوب و پلاستیك را افزایش می دهند. دیگر افزودنی ها شامل رنگدانه، تثبیت كنند ها، عوامل حباب زا، و رزین های ترموپلاستیك می باشند.
روند تهیه و ساخت چوب پلاستیك ها (WPC):
گردش مواد در ابتدا با مواد خام اولیه آغاز شده و به مخلوطی از مواد كه توسط دستگاهها و تجهیزاتی مثل اكسترودر تهیه می شوند، منتهی می گردد. فرآوری مواد در طی ساخت چوب پلاستیك ها شامل ورود مواد خام، تبدیل آنها به مواد خام كوچكتر و مناسب برای فرآیند، خشك كردن، ذخیره سازی و .... می باشد.
خشك كردن چوب ها:
رطوبت موجود در چوب ها، تاثیر چشم گیری در اجرای فرآیند و كیفیت محصول نهایی دارد و به هرحال برای خروج آب گاهی اوقات احتیاج به تجهیزات اضافی خواهد بود. برخی از روش های خشك كردن عبارتند از:
- پیش گرم كننده ها (Preheaters)
- مخلوط كنند ها با شدت و توان بالا
- خشك كردن با هوای گرم (net air dryers)
- كوره چرخان (rotary furnace)
فرآیندهایی كه پس از خشك كردن و آماده سازی چوب برای تبدیل آن به چوب پلاستیك صورت می گیرند عبارتند از:
تركیب مواد اولیه، اكستروژن، قالب گیری تزریقی و كش رانی.
نكته مهم آنجاست كه فرآیندی خاص كه برای تولید محصولی مشخص مورد نیاز باشد، مد نظر نیست. بسیاری از شركت ها در دنیا به دلایل مختلف اقدام به خرید چوب پلاستك ها بصورت دانه می كنند. در مقابل شركت های دیگری نیز همواره در پی بهبود و كم هزینه تر كردن ساخت (WPC) از مواد خام اولیه هستند. هر یك از مراحل پردازش فوق در زیر به تفصیل شرح داده شده است.
تركیب مواد:
تركیب مواد، نخستین مرحله از مراحل ساخت صنعتی (WPC) است. در این مرحله الیاف چوب ها و مواد افزودنی در پلیمر مذاب محبوس می شوند تا یك مخلوط همگن تولید كنند. روش های متعددی برای تركیب مواد وجود دارد. می توان از سیستم های نیمه پیوسته یا پیوسته استفاده كرد. مزیت سیستمهای نیمه پیوسته آن است كه پارامتر های سیستم از جمله دما،تنش و .... راحت تر كنترل می شوند. معمولآ یك اكسترودر برای تركیب مواد استفاده می شود. مواد خام اولیه می توانند.بصورت پیوسته وارد اكسترودر شوند یا اینكه الیاف چوب به پلاستیك مذاب اضافه گردند. به منظور خروج رطوبت از مخلوط، بخشی از اكسترودر تحت خلا قرار می گیرد.
مواد مخلوط شده می توانند بطور مستقیم به محصول نهایی تبدیل شوند یا اینكه به دانه های ریزی تبدیل شده و بعدآ مورد استفاده قرار بگیرند. یك خط تولید محصولات بصورت دانه ای ظرفیت تولیدی معادل 4500-9000 كیلوگرم در ساعت را دارد. دانه های چوب پلاستیك می توانند با میزان معینی از الیاف با توجه به كاربرد مورد نظرشان تولید شوند، همانطور كه پیشتر ذكر شد بسیاری از شركت ها اقدام به به خرید دانه های چوب پلاستیك می كنند. مزیت اصلی این كار اینست كه هزینه خرید، بسیار كمتر از خرید دستگاهها و تجهیزات اولیه تولید چوب پلاستیك ها از مواد خام اولیه هستند.
اكستروژن:
فرآیند اكستروژن در خط تولید چوب پلاستیك ها، خود دارای مراحل زیر است:
- آماده سازی مواد خام
- تركیب مواد
- اكسترود كردن
- خنك سازی
- پایان
به منظور ساخت چوب پلاستیك ها به اكستروژن به منظور ذوب مواد اولیه و مخلوط كردن آنها با الیاف چوب نیاز است. پس از این مرحله اكسترود در مخلوط مذاب را از درون صاف كننده به بیرون هدایت می كنند. فرآیند اكستروژن باید به تولید مخلوطی كاملآ یكنواخت منتهی گردد و درضمن نباید به الیاف چوب صدمه ای وارد كند. اشكال مختلفی از اكستروژن وجود دارد كه برای ساخت چوب پلاستیك ها استفاده می شوند كه در ادامه مورد بررسی قرار می گیرند:
اكسترودرهای تك پیچ : (تك مارپیچی)
بطور خلاصه می توان از مزایا و معایب این نوع اكسترودرها موارد زیر را ذكر نمود:
مزایا:
- تكنولوژی پیشرفته
- هزینه كم تجهیزات
معایب:
- ضعف در اختلاط
- قیمت بالای مواد خام
- سرعت پایین خروجی
- احتیاج به سرعت خشك كن
- ذوب پلیمر همراه با الیاف، خطر آسیب الیاف را در پی دارد.
اكسترودرهای دو مارپیچه مختلف الجهت:
زمانی كه حجم تولیدی زیاد مد نظر باشد، از این نوع اكسترودرها استفاده می شود. عیب این اكسترودرها اینست كه تنش بالای ایجاد شده، كنترل سیستم را نسبت به سیستمهای مارپیچی همسو، مشكل تر می كند.
اكسترودرهای دو مارپیچی:
این روش برای تولید محصول نهایی چوب پلاستیك ها كاربرد دارد و قادر است فشار بالای مورد نیاز برای اكستروژ« را فراهم سازد. از اینرو برای ساخت پروفیل های PVC پنجره نیز از آن استفاده می شود.
مزایا و معایب این سیستم را نیز می توان در موارد زیر گنجاند:
مزایا:
- تكنولوژِی پیوسته
- تنش پایین
معایب:
- لزوم وجود سیستم خشك كننده
- حمل و نقل مواد
- ذوب پلیمر همراه با چوب خطر آسیب به الیاف را بالا می برد.
- لزوم مخلوط كردن
- هزینه بالای عملیاتی
اكسترودرهای مخروطی شكل:
بنابر نظر بسیاری از محققان این نوع اكسترودرها، طبق دلایل زیر، بهترین طرح برای اكسترودر WPC ها هستند:
- كم بودن سطح مورد نیاز برای یك محدودۀ خروجی معین
- چرخ دنده های قوی و یاتاقان های بزرگ، اكسترودرهای مخروطی شكل را به وسایل مناسب در فشار بالا تبدیل كرده است.
- محدوده فعالیتی بالای این نوع اكسترودرها سبب شده است كه بتوانند به راحتی از عهده تولید خروجی های متنوع مورد نیاز با وجود پراكندگی در مواد اولیه ورودی برآیند.
- قطر بزرگ مارپیچ در قسمت ورودی خوراك و افزایش فشار در راستای مارپیچ اكسترودرهای مخروطی شكل را برای مواد با دانسیته ظاهری پایین مثل چوب، بسیار مناسب كرده است.
نكات مهم در مورد این سیستم را می توان در مواد زیر خلاصه كرد:
- توانایی پردازش چوب ها با درصد رطوبت بالا(بالای 8%)
- اختلاط خوب پلیمر و الیاف چوب
- كاهش هزینه خشك كردن و عمیات اختلاط
معایب:
- احتیاج به سیستم های جانبی زیاد كه هزینه های بسیاری را شامل می شود.
- سرعت بالای مارپیچ
- ذوب پلیمر همراه با الیاف
منبع: نشریه P.E.T
آخرین ویرایش توسط مدیر:
