تأثیر نوع و مقدار گرانول‌های پلی‌استایرنی بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی چند سازه‏ های سبک وزن چوبی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

2 عضو هیئت علمی گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

3 استادیار موسسه پژوهش‌های چوب تونن، هامبورگ، آلمان

10.22069/jwfst.2020.17803.1860

چکیده

سابقه و هدف: امروزه تولید اوراق فشرده چوبی با دانسیته کمتر (حدود 25 درصد کمتر نسبت به پانل‌های معمولی) بدلیل افزایش بی رویه قیمت چوب و همچنین نیاز بازار به محصولات سبک وزن بسیار مورد توجه صنایع اوراق فشرده چوبی در دنیا می‌باشد. برای تولید چند سازه‌های سبک وزن چوبی، مواد و روش‌های مختلفی در سال‌های اخیر مورد استفاده قرار گرفته است. در این بین، استفاده از مواد اولیه سبک ‌وزن و پر حجم مانند مواد پلیمری بسیار سبک بیشتر مورد توجه محققین و تولیدکنندگان برای کاهش دانسیته اوراق فشرده چوبی بوده است. استفاده همزمان از خصوصیات و ویژگی‌های منحصر به فرد دو یا چند ماده متداول چوبی برای تولید چند سازه‌های چوبی سبک وزن نیز می‌تواند بهبود عملکرد فرآورده تولید شده را نیز به همراه داشته باشد. هدف از تحقیق حاضر، تولید و ارزیابی چند سازه‌های سبک چوبی متشکل از لایه های سطحی الیاف و لایه میانی از مخلوط خرده‌چوب و گرانول‌های پلی‌استایرنی بوده است. از آنجا که تاکنون در هیچ مطالعه‌ای، مقایسه‌ای بین نوع و درصد گرانول‌های پلی‌استایرنی قابل انبساط و از پیش منبسط شده بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی چند سازه‏های سبک چوبی صورت نگرفته است، در این تحقیق به بررسی آن‌ها پرداخته شده است.
مواد و روش‏ها: چند سازه‏های سبک چوبی با دانسیته 520 کیلوگرم بر مترمکعب با لایه‌های سطحی الیاف و لایه‌ میانی از مخلوط خرده-چوب و گرانول‌های پلی‌استایرنی تشکیل شد. برای ساخت تخته‌ها، از گرانول‌های پلی‌استایرنی در دو نوع از پیش منبسط شده و قابل انبساط و هر کدام در درصدهای مختلف (5، 10 و 15 درصد وزن خشک خرده‌چوب‌های لایه میانی) استفاده شد. در این تحقیق، ویژگی-های مکانیکی (مقاومت خمشی، مدول الاستیسیته، چسبندگی داخلی، مقاومت به پیچ) و فیزیکی (درصد واکشیدگی ضخامت و جذب آب) نمونه‌های آزمونی مورد بررسی قرار گرفت.
یافته‏ها: اطلاعات به دست آمده نشان دادند که استفاده از گرانول‌های پلی‌استایرنی در لایه میانی باعث بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی نمونه‌ها نسبت به نمونه شاهد (بدون گرانول) شد. مدول الاستیسیته در نمونه‌های حاوی گرانول‌های از پیش منبسط شده بسیار بیشتر از نمونه‌های حاوی گرانول‌های قابل انبساط بوده است، اما سایر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی تفاوت خیلی زیادی در نوع گرانول مصرفی نداشته‌اند. افزایش درصد گرانول تا 15 درصد نیز تاثیر مثبتی بر چسبندگی داخلی، مقاومت به پیچ و ویژگی‌های فیزیکی نمونه‌ها داشته است. درصد واکشیدگی ضخامت و درصد جذب آب نمونه‌ها در صورت استفاده از گرانول‌های پلی‌استایرنی به طور معنی‌داری کاهش یافته است.
نتیجه گیری: افزایش درصد گرانول‌های پلی‌استایرنی بیشترین تاثیر را در چسبندگی داخلی و مقاومت به پیچ نمونه‏ها داشته است. نتایج آزمون‌ها در ارتباط با مقایسه نوع گرانول‌های از پیش منبسط شده و قابل انبساط نشان داد که به استثنای مدول الاستیسیته و چسبندگی داخلی سایر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی تفاوت خیلی زیادی در نوع گرانول مصرفی نداشتند. به عنوان نتیجه‌گیری کلی می‌توان بیان داشت که استفاده از گرانول‌های قابل انبساط، با توجه به حذف مرحله پیش منبسط شدن آن‌ها و همچنین افزایش بهره‌وری چسب برای تولید چند سازه‏های سبک چوبی توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of the polystyrene granules type and content on the physical and mechanical properties of the lightweight wood-based panels

نویسندگان [English]

  • Saber Jafarnezhad 1
  • Ali Shalbafan 2
  • Jan Luedtke 3
1 Department of Wood and Paper Science and Technology, Faculty of Natural Resources, Tarbiat Modares University, Iran
3 Bio-based Resources and Materials, Thünen-Institute of Wood Research, Hamburg, Germany
چکیده [English]

Background and objectives: Nowadays, production of wood-based panels with lower density (about 25% lower compared to those conventional panels) gained more interest all over the world due to increased price of raw wood and the market needs for lightweight panels. Several methods and materials were used to produce lightweight panels in recent years. Among all, using of light and voluminous materials like polymeric granules were attracted more interest to reduce the panels density. Simultaneous use of the unique properties of two or more conventional wood products can influence the final characteristics of the lightweight wood-based panels. The aim of the current study was the production of lightweight wood-based panels using wood fiber as the surface layers and a mixture of wood particles and polystyrene granulate as the core layer. A comparative study was done to see the effect of two types of polystyrene granules (expandable and pre-expanded granules) and the granules percentage on the physical and mechanical properties of the lightweight wood-based panels.
Materials and methods: Hybrid-lightweight panels (520 kg/m3) were produced using wood fiber as surface layers and a mixture of wood particles and polystyrene granulate as core layer. The granules type were pre-expanded and expandable granules with different percentage (5, 10 and 15% based on oven dry mass of wood coarse particles). In this study, mechanical (bending strength, modulus of elasticity, internal bond, and screw withdrawal resistance) and physical properties (thickness swelling and water absorption) of the panels were evaluated.
Results: The results showed that the physical and mechanical properties of panels were improved using polystyrene granules compared to that of reference panels (no granules). The modulus of elasticity was nearly doubled in case of pre-expanded granules, while other properties were nearly the same. Increasing the granules content up to 15 percent has a significant effect on the internal bond value, edge screw withdrawal resistance and physical properties (thickness swelling and water absorption). Thickness swelling and water absorption was significantly reduced with substitution of wood particles with polystyrene granules.
Conclusion: The results showed that with increasing of polystyrene granules the internal bond and screw withdrawal resistance were improved. The results also showed that the granules types (expandable and pre-expanded granules) had no significant influence on the panels’ properties, except the modulus of elasticity and internal bond. As final conclusion, using of expandable granules can be favored for panels’ production due the elimination of pre-expansion process and increased binder effectiveness.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Wood panel
  • Particle
  • Fiber
  • Lightweight
  • Polystyrene granule