آشنایی با انواع چوب پلاست

کامپوزیت چوب پلاستیک که به اختصار (WPC) خوانده میشود را می توان در زمره مواد نو ظهوری دانست که تجارت آن در زمینه های مختلف خصوصا چوب مصالح کف سازی بسیار پر رونق بوده و هر روز هم بر کاربردهایش افزوده میشود. از جمله کاربردهای دیگر این صنعت می توان به در،پنجره، حصار و پرچین اشاره کرد. با توجه به انعطاف پذیری روش های تولید و ویژگی های عملکردی محصول، انتظار گسترش تولیدات آن در بازارهای جدید می رود.

این مقاله به هدف ارائه مفاهیم مقدماتی راجع به فناوری به کار رفته در WPC و کاربردهایش برای علاقمندان به این رشته، نوشته شده است.

انواع چوب پلاست چه هستند؟

کامپوزیت های چوب پلاست، ترکیبی ۵٠:۵٠ از پلیمرهای ترموپلاستیک(گرمانرم) و خرده چوب است که عموما در بالای دمای ذوب پلیمرها مخلوط شده و سپس برای مصارف مختلف بر رویشان فرآیندهای مختلفی صورت میگیرد. با توجه به نوع فرآیند انتخابی، WPC ها میتوانند به شکل های متقاوتی در بیایند که همین باعث گستردگی استفاده آنها در زمینه های مختلف از جمله چارچوب در و پنجره، پنل داخلی خودروها، نرده ها، حصارها، محوطه سازی های چوبی، پوشش نما، نیمکتهای پارک، قالب ریزی و صنعت مبلمان شده است. در حقیقت WPC ها این ویژگی را دارند که به بتوانند به رنگ ها، طرح ها، اندازه ها و تقریبا هر شکلی درآیند. از رایج ترین نمونه های استفاده از چوب پلاستیک ها می توان از مصالح کف چوب که با نام های تجاری Trex , ChoiceDeck, Eon, SmartDeck و یا به اختصار با نام عمومی کامپوزیت چوب، شناخته می شوند نام برد.

مزایا:

چوب پلاست ها دارای مزایایی هستند که در اینجا به ذکر چند نمونه از آنها میپردازیم. در وهله نخست وجود قطعات چوب نه تنها باعث افزایش سختی محصول شده بلکه هزینه را نیز تا حد زیادی نسبت به استفاده از فقط پلاستیک کاهش می دهد. همچنین ویژگی های فشرده سازی (مقاومت در برابر ضربه) در اکثر چوب پلاستیک ها بالاتر از نمونه های چوبی عمود بارگزاری شده بر دانه است. علاوه بر آن، پلاستیک موجود در این محصولات قابلیت جذب آب و یا حملات بیولوژیکی را نداشته و بنابراین هزینه های مربوط به نگه داری تا حد زیادی در مقایسه با چوب خالص کاهش مییابد. قابل ذکر است که چوب پلاست ها طبله نمیکندد، خرد نمیشوند و خراش هم بر نمیدارند.

ممکن است این فکر در ذهن خواننده شکل بگیرد که استفاده از منابع تجدیدپذیر چوب در کاهش تولید کربن موجود در پلاستیک و عدم استفاده از منابع سوخت فسیلی، می تواند کمک بیشتری به محیط زیست کند، اما باید در نظر داشت که چوب پلاستیک ها نه تنها قابل بازیافت هستند بلکه اکثر پلاستیک های استفاده شده در این محصولات نیز حاصل بازیافت پسماندهای مصرفی و صنعتی هستند. همچنین از تراشه های ناکارآمد سایر مصارف چوبی نیز می توان به عنوان ذرات چوب موجود در این محصولات استفاده کرد.

چوب پلاستیک ها تنوع بسیار زیادی از طرح، رنگ و شکل محصولات را در اختیار می گذارند، که دید مهندسی مناسب در این زمینه، می تواند باعث کاهش استفاده از مواد نیز بشود. به طور مثال: تخته های چوبی توخالی

معایب

همانطور که شرح داده شد، بخش چوبی کامپوزیت های چوب پلاستیک ویژگی های مفیدی نسبت به پلاستیک دراختیار میگذارند؛ با این وجود مشکلات عمومی چوب ها از جمله رطوبت زدگی، کپک زدن و پوسیدگی را نیز همراه خواهند آورد. قابل ذکر است که سرعت نفوذ آب نسبت به سایر کامپوزیت های چوبی و یا چوب خالص کمتر است اما با این وجود نفوذ آب می تواند باعث پوسیدگی و یا کپک زدگی شود. همچنین افزودن چوب به ترموپلاست ها باعث ناپایداری رنگ شده و سطح چوب پلاست ها در مجاورت نورخورشید تغییر رنگی مایل به سفید و یا خاکستری خواهند داشت.

چوب پلاست ها همچنین به نسبت چوب معمولی از استحکام کمتر و وزن بیشتری برخوردارند و ممکن است باعث بروز مشکلاتی شوند که مانع از استفاده آنها در بسیاری از زمینه های کاربردی خصوصا در محیط های گرم میشود. از طرف دیگر میتوان از استحکام کم و شکل پذیری بالای آنها در تولید الگوها و شکل های زیبا استفاده کرد.

به علاوه، همانگونه که در بخش قبل شرح داده شد چوب پلاستها به عنوان محصولات دوستدار طبیعت شناخته میشوند چرا که می توان از پلاستیکهای بازیافتی مصارف دیگر و تراشه چوب های باقیمانده از سایر فرآیندها استفاده کرد؛ با این وجود برای افرایش کنترل کیفیت محصول و به ثبات رساندن وضعیت انبارهای ناپایدار پلاستیک های بازیافتی، معمولا از پلاستیک خام استفاده میشود. همچنین تولید این محصولات نیاز به صرف انرژی بسیار زیادی است. قابل ذکر است که از لحاظ نظری این محصولات قابل ذوب و تغییر فرم هستند اما در حال حاضر به دلیل عدم صرفه اقتصادی در هیچ کجا چنین فرآیندی صورت نمیپذیرد مگر برای مواد خارج از تعریف در زمان تولید.

کدها و استانداردها:

به منظور ارزیابی کارآیی چوب پلاستیک ها در رابطه با نیازمندیهای ساختمانی ازاستانداردهای ASTM به شرح زیر استفاده می شود:

ASTM D 7031-04

راهنمایی است به منظور ارزیابی و ویژگی های فیزیکی و مکانیکی محصولات کامپوزیت چوب پلاستیک.

ASTM D 7032-04

ویژگی های لازم برای رتبه بندی کارآیی چوب پلاست ها به عنوان الوار، سیستم های امنیتی گاردریل ها و نرده را در اختیار میگذارد.

ASTM D 6662-01

ویژگی های مربوط به تخته الوارهای کف سازی پلاستیکی مبتنی بر پلی الفین را ارائه می دهد.

استانداردهای دیگری نیز در زمینه های مختلف ارائه شده اند که در صورت استفاده از چوب پلاستیک ها در آن کاربردها، برای آنها نیز صادقند. به طور مثال:

مصالح سقف سازی:

استانداردهای IBC مربوط به مواد سقف سازی.

تجهیزات زمین بازی:

استاندارد F1487-1e1 که به شرح جزئیات موارد امنیت مصرف کنندگان در تجهیزات زمین های بازی عمومی می پردازد.

استاندارد F1148-03 که در آن شرح جرئیات امنیت و کارآیی تجهیزات زمین های بازی خانگی آورده شده است.

استانداردهای مربوط به محصولات مورد استفاده در مناطق در معرض خطر آتش سوزی نیز به شرح زیر است:

۱۲-۷A-2

استانداردهای مقاوم در برابر آتش برای پنجره های خارجی

۱۲-۷A-1

استانداردهای مقاوم در برابر آتش برای دیوارهای خارجی و پوشش ها

چوب پلاست ها چگونه ساخته میشوند؟

محصولات چوب پلاستیک توسط شرکت های مختلفی در سراسر دنیا تولید می شوند که با وجود تفاوت در فرآیند تولید و محصولات تولیدی، عناصر یکسان بسیاری در تمامی آنها به کار گرفته می شود. این قسمت به شرح مختصر اجزای چوب پلاستیک ها و نحوه کنار هم قراردادن هر یک از آنها می پردازد.

چوب:

هندسه ذرات

چوب مصرفی در WPCها به شکل ذرات خشک و با قوام پودری هستند که در اصطلاح به آن ‘آرد چوب’ گفته می شود. ماده خام این محصول عموما به صورت خاک اره و یا تراشه های رنده چوب در دسترس است. که برای تبدیل به آرد چوب باید دو مرحله کاهش سایز و طبقه بندی سایز بر روی آنها صورت بگیرد. بدین منظور، ذرات درشت ابتدا به وسیله آسیاب چکشی و یا رنده الوار کوچک و خرد شده و سپس توسط ساییده شدن میان صفحه های آسیاب و یا چاقوهای آن کوبیده می شوند. همچنین آرد چوب را می توان از کارگاههای چوب بری و تولیدکنندگان در و پنجره که خاک اره از محصولات جانبیشان است نیز تهیه کرد. طبق تحقیقی در دانشگاه واشنگتن، نه تنها پسماندهای خاک اره به همراه حداکثر ٢۵٪‏ تراشه می تواند به خوبی برای تولید WPC ها و بدون کاهش چشمگیر ویژگی های چوب پلاست، مورد استفاده قرار گیرند؛ بلکه ثابت شده است وجود تراشه ها باعث افزایش مقاومت WPCها در برابر رطوبت می شود. همچنین برای تولید چوب پلاستیک ها، میتوان از درخت های حشره زده، حتی با درجه بالایی از خرابی استفاده کرد. (ر.ش Yadama و دیگران. ٢٠٠٨)

آرد چوب، چه توسط کاهش سایز و چه به عنوان محصول جانبی کارگاه های چوب بری تهیه شود؛ شامل ذرات چوب با سایزهای بزرگ و کوچک است که به کمک صفحات دوار، مرتعش و یا نوسان دار طبقه بندی می شوند. اندازه قطعات چوب معمولا با استفاده از شماره غربالهایشان توصیف می شوند. به طور مثال، آردچوب با غربال ٢٠مش نشان دهنده آردچوبی است که از غربال شماره ٢٠ استاندارد آمریکا عبور میکند. با وجود اینکه کارخانه ها می توانند از اندازه دلخواه خود استفاده میکنند، عموما استفاده از آردچوب های سایز ١٠ الی ٨٠ غربالهای استاندارد آمریکا رایج است. قیمت هر پوند نیز بین ٠.٠۵ دلار الی ٠.١۵ دلار متغیر است.

یکی دیکر از ویژگی های مهم ذرات چوب موجود در چوب پلاستیک ها، نسبت ابعاد آنها است (نسبت طول به قطر) که در حالت عادی این مقدار بین ١ تا ۵ است. با وجود اینکه اِعمال فرآیند بر روی آردچوب با عدد نسبت کوچکتر، ساده تر است؛ اما نسبت های بزرگتر می توانند باعث افزایش ویژگی های مکانیکی از جمله استحکام، کشیدگی و انرژی ضربه شوند. باید توجه داشت که تجهیزات کوچک سازی و دسته بندی قطعات چوب بر روی نسبت ابعاد تاثیرگذار است.

گونه های چوب:

همانند سایر محصولات چوبی، صرفه اقتصادی و دسترسی محیطی، در انتخاب نوع چوب تاثیر به سزایی دارند اما اکثرا برای WPCها با مصارف تجاری از چوب کاج، افرا و بلوط استفاده میشود.

در آزمایشگاه، WPCهایی از جنس چوب درخت توت آمریکایی، گردو، صنوبر زرد، گردوی آمریکایی، عرعر، گز و درختهای آلوده به نوعی آفت تولید شده و تحقیقات بر روی آنها حاکی از آن است که گونه استفاده شده در چوب پلاست ها تاثیر اندکی بر روی ویژگی های مکانیکی محصولات نهایی دارند، اما میتوانند بر روی ویژگی های پردازشی آنها موثر باشند. از نقطه نظر عملی، گونه خاصی برای محصولات تعیین نشده است بلکه همان نوع ارزان و در دسترس مورد قبول و تایید است.

تحقیقات اخیر نشان داده اند که استفاده از گونه های خاص می توانند ویژگی های منحصر به فردی را به محصولات نهایی بیافزایند. به طور مثال کامپوزیت های ساخته شده از درخت گیلاس و یا سرو قرمز در مقایسه با سایر گونه ها مقاومت بیشتری در برابر جذب آب، تورم و پوسیدگی دارند.(ر.ش Kim و سایرین. ٢٠٠٨)

علاوه بر گونه های مختلف درختی قابل استفاده در WPCها، از انواع فیبرهای طبیعی از قبیل کتان، کنف و کناف، پوسته برنج، فیبرهای موجود در برگ و دانه هایی چون کتان، میوه هایی از قبیل پوسته یا الیاف زبر نارگیل و الیاف ساقه مانند کاه نیز برای ساخت کامپوزیت های پلاستیک فیبر استفاده میشود. استفاده از برخی از این مواد به دلیل محتوی بودن سیلیس و موم کوتیکول، می تواند منجر به افزایش مراحل فرآیند تولید شوند.(ر.ش Rowell و دیگران. ١٩٩٧)
چوب پلاست چوپکس