کامپوزیت چوب پلاستیک
کامپوزیت چوب پلاستیک به صفحات و الوارهایی گفته می‌شود که از پلاستیک بازیافت شده و ذرات چوب کوچک یا الیاف ساخته شده‌اند. کامپوزیت چوب پلاستیک در مقایسه با تاریخچه بلند محصولاتی چون الوارهای طبیعی و ورقه‌های فیبری نوآوری به‌حساب می‌آیند و مدت زیادی هم نیست که در صنعت مورد استفاده قرار گرفته‌اند. این دسته از کامپوزیت‌ها با وجود نو بودن در ساختار و تولید به اندازه‌ای از اهمیت برخوردار شده‌اند که امروزه در صدر فروش محصولات این رده و کامپوزیت‌ها قرارگرفته‌اند. از همین رو، در این مقاله قصد داریم برخی از مراحل اساسی ساخت، خواص فیزیکی، مکانیکی و کاربردهای کامپوزیت چوب پلاستیک را مورد بررسی قرار دهیم.
کامپوزیت چوب پلاستیک به‌طور گسترده در ایالات متحده استفاده می‌شود و به مرور زمان در این ناحیه از جهان به سایر بخش‌ها انتقال پیدا کرد. اگر از دید ثبت اختراع هم بخواهیم به این محصول نگاه کنیم، حق آن را باید به ایالات متحده نسبت دهیم. به این ترتیب، دانشمندان موفق شدند با مخلوط کردن ذرات چوب به شکل پودر با پلاستیک‌های بازیافتی به فرمولاسیون محصول نهایی خود برسند. در همین بین، بازار کامپوزیت چوب پلاستیک آمریکای شمالی موفق شد تا به موفقیتی چشم‌گیر دست یابد و به فروشی بالغ‌بر یک میلیارد دلار برسد. پس از افزایش 200 ٪ فروش بین سال‌های 2006 و 2014، انتظار می‌رود که 20 ٪ از رشد سالانه این تولیدات در 5 تا 6 سال آینده رخ دهد.
نکته‌ای که بیش از هر چیزی بر اهمیت این تولیدات می‌افزاید جنبه ظرفیت در تولیدات مختلف این محصول خاص است. برای مثال با افزایش ظرفیت کامپوزیت چوب پلاستیک، می توان محصولات جدیدی مانند چهارچوب درب‌ها، نرده‌ها و قاب پنجره‌ها تولید کرد که امروزه از مواد گران قیمت به دست می‌آیند. کامپوزیت چوب پلاستیک خیلی در تولید، هزینه نمی‌برد و از همین رو تولیدی کم خرج به حساب می‌آید.
مراحل اصلی تولید و خواص کامپوزیت چوب پلاستیک
تولید کامپوزیت چوب پلاستیک نیز به‌مانند خیلی از فرایندهای تولید، از مراحل متعددی تشکیل می‌شود، اما این مراحل به یک فرایند دو فاز خلاصه می‌شوند. به این ترتیب، ترکیبی از چوب و گرمانرمی چون پلی‌اتیلن چگالی بالا، پلی‌اتیلن چگالی کم و پلی وینیل کلرید؛ باهم مخلوط می‌شوند و درنتیجه خمیر مانند یکنواختی تشکیل می‌دهند. این فرایند اختلاط می‌تواند به‌صورت یکجا یا توسط فرایندهای پیوسته‌ای انجام گیرد.
علاوه بر چوب اصلی، عوامل جفت کننده پلاستیک‌ها، تثبیت‌کننده، عامل کف زایی یا رنگ نیز بعداً به پروسه اضافه می‌شوند تا خواص محصول نهایی را برای کاربردهای خاص افزایش دهند. به‌عنوان مثال، روغن‌ها ظاهر سطوح کامپوزیت را بهبود می‌بخشند. این ظواهر می‌توانند معمولاً حالتی درخشان و یا کدر بسته به نوع استفاده از کامپوزیت به آن ببخشند. به‌صورت کلی این افزودنی‌ها مشخص‌کننده خواص تشکیل‌دهنده مواد هستند و هرکدام از این ویژگی‌ها نیز نیازمند روش متفاوتی از تولید خواهد بود. به‌صورت کلی، دو روش معمول برای ساخت کامپوزیت چوب پلاستیک وجود دارد که این روش‌ها عموماً به شرح زیر هستند.
روش اکستروژن
در این روش کامپوزیت مذاب با نیرو از قالب عبور می‌کند و به فرم نهایی خود می‌رسد. این روش پایه‌ای‌ترین حالت تزریق؛ اما در عین حال، کارآمدترین آن‌ها نیز هست.
قالب‌گیری تزریقی
در این شیوه از طراحی، کامپوزیت مذاب به قالب سرد تزریق می‌شود و درنتیجه یک سوم فشار مذاب بین کامپوزیت دو نیمه قالب به وجود می‌آید.
اکثر کامپوزیت‌های چوب پلاستیک توسط فرایند اکستروژن تولید می‌شوند که از انواع مختلف اکسترودرها همچون تک پیچ یا دو پیچ برای تشکیل شکل نهایی استفاده می‌شود.
بسیاری از خواص فیزیکی و مکانیکی کامپوزیت چوب پلاستیک به برهم‌کنش بین چوب و مواد گرمانرم بستگی دارد. یکی از مؤثرترین روش‌ها برای بهبود این برهم‌کنش، از طریق عامل جفت شدن به‌عنوان یک افزودنی است. به‌طور کلی، این مواد افزودنی به سازگاری بین چوب هیدروفیلیک که رطوبت را به راحتی جذب می‌کند و پلاستیک هیدروفوبیک که تمایل به آب ندارد، کمک می‌کنند. همچنین در ادامه به تشکیل کامپوزیت تک فاز کمک می‌کنند و در نتیجه، محصولی با ثبات فرم و اندازه بهتر از چوب جامد تولید می‌شود.
مزایا استفاده از کاپوزیت چوب پلاستیک
- بزرگ‌ترین مزیت کامپوزیت چوب پلاستیک سازگاری با محیط زیست، از طریق ساخت ه‌شدن از چوب‌های زائد و مواد پلاستیکی بازیافتی است.
- کامپوزیت چوب پلاستیک هزینه نگهداری کمتری در مقایسه با چوب سخت دارد.
- یکی از دلایل اصلی برای رشد سریع کامپوزیت چوب پلاستیک، هزینه‌های کم آن در چرخه زندگی این کامپوزیت است.
- ثبات ابعادی عالی به همراه تنوع کمتر
- دوام و طول عمر بالای کامپوزیت چوب پلاستیک در استفاده از آن‌ها در فضاهایی باز
کم هزینه بودن این تولیدات خود را در بخش‌های بسیاری نشان می‌دهند. برای مثال در تولید عرشه از جنس کامپوزیت چوب پلاستیک؛ هزینه تولید حدود ۱۵ درصد بیشتر از هزینه تولید عرشه از جنس چوب‌های تولیدی به روش اعمال فشار است. از طرفی نیاز به هزینه نگهداری پایین‌تری هم دارد. در ضمن دوره بازپرداخت واقعی این کامپوزیت نسبت به چوب‌های تولیدی به روش اعمال فشار مورد استفاده در ساخت عرشه در حدود ۳ تا ۵ سال برآورد شده است. ثبات ابعادی عالی به همراه تنوع کمتر این کامپوزیت از دیگر عوامل رواج استفاده از آن است.
کامپوزیت چوب پلاستیک در اصل به عنوان کامپوزیتی مقاوم در برابر پوسیدگی‌های طبیعی و همچنین مقاوم در برابر گرما، سرما و قارچ‌ها و حمله و نفوذ حشرات، به بازار عرضه شد. با این حال، کامپوزیت چوب پلاستیک جذب‌کننده رطوبت بوده و در نهایت امکان تخریب در آن وجود دارد، اما این سرعت فرایند بسیار کندتر از سرعت تخریب چوب جامد است.
معایب استفاده از کاپوزیت چوب پلاستیک
- انبساط حرارتی
- خزش (تغییر شکل وابسته به زمان)
- چگالی بالا
- رنگ‌آمیزی دشوار
البته این دسته از معایب در مقایسه با مزایای این محصول ناچیز هستند و به گونه‌ای نیستند که بخواهیم استفاده از آن‌ها را مورد آسیب و یا ضررهای اقتصادی بدانیم. از همین رو، به راحتی می‌توانیم مشکلاتی چون رنگ آمیزی را با استفاده از عایق‌های سبک و کم وزن حل کنیم تا به وزن و چگالی محصول نهایی نیفزاییم. تولیدات بسیاری دقیقاً به همین منظور بر روی قالب‌های این چنینی قرار می‌گیرند تا مشکلات رنگ آمیزی را حل کنند. اگرچه این مشکلات نتیجه بهتری در کامپوزیت‌های تمام چوبی دارند؛ اما هزینه نهایی همیشه می‌توانید تولیدات را به ترکیبات پلاستیکی سوق دهد. با این حال هنوز راهکاری برای حل مشکل انبساط حرارتی معرفی نشده است و باید با آن کنار آمد.
بیشتر بخوانید: