فرآیند و روشهای تولید چوب پلاست 

 فرآیند تولید چوب پلاست 

چوب پلاستیک (wood plastic composite) را می توان به روش های مختلفی تولید کرد که از جمله این روش ها عبارتند از:

• تولید چوب پلاست به روش اکستروژن (Extrusion)
• تولید چوب پلاست به روش قالب گیری تزریقی (Injection Molding)
• تولید چوب پلاست به روش قالب گیری فشاری (Compression Molding)
• تولید چوب پلاست به روش قالب گیری صفحه ای (Plate Molding)
• تولید چوب پلاست به روش پالتروژن (Pultrusion)
• تولید چوب پلاست به روش تف جوشی لیزری (laser Sintering)
• تولید چوب پلاست به روش مدلسازی مقدار ماده سوختنی (Fused Layer Modeling)

از بین روش های بالا دو روش آخر روش های جدید محسوب می شوند که به تازگی در جهان مورد استفاده قرار گرفته اند. اما متداول ترین روش تولید چوب پلاست، تولید چوب پلاست به روش اکستروژن (Extrusion) است که در بخش زیر به طور خلاصه شیوه کار آن توضیح داده شده است.

تولید چوب پلاست به روش اکستروژن:

در این روش، دستگاه اکسترودر (Extruder) بخش اصلی سیستم تولید پروفیل چوب پلاست (wpc profile) محسوب می شود. هدف اصلی این دستگاه ذوب کردن پلیمرها (ترموپلاستیک ها) و ترکیب کردن پلیمر، چوب و مواد افزودنی در فرآیند است که اصطلاحا به آن کامپاندینگ (Compounding) می گویند.

شیوه کار در این روش به این صورت است که مواد اولیه در ابتدا با هم ترکیب شده و با عبور از دستگاه اکسترودر و قالب های مخصوص آن به صورت پروفیل های چوب پلاست از دستگاه خارج می شود. در مرحله بعد نوبت به خنک سازی و شستشو پروفیل ها با آب و جریان هوا است. سپس پروفیل ها به ابعاد و اندازه های مختلف مورد نیاز برش کاری می شوند تا مطابق نیاز مشتریان درآیند. 

به طور کلی چهار نوع اصلی از سیستم های اکستروژن وجود دارد که عبارتند از:

• تک ماردون یا تک پیچ (Single Screw)
• دو ماردون با چرخش هم جهت (Co-rotating Twin Screw)
• دو ماردون با چرخش خلاف جهت (Counter-rotating Twin Screw)
• سیستم وودترودر (Woodtruder)

نوع اکستروژن و تعداد و نحوه عملکرد پیچ های (ماردون های) اکسترودر در میزان و شیوه اختلاط مواد تاثیرگذار است. سیستم های تک ماردونه عملکرد ضعیف تری نسبت به سیستم های با ماردون های پیشرفته تر دارند.

سیستم تک ماردونه (Single Screw):

اکسترودر تک ماردونه کامپوزیت فیبر ساده ترین سیستم تولید پروفیل چوب پلاست (wpc) است. سیستم از بخش های ذوب کردن، اندازه کردن و یک بخش منفذدار برای تخلیه مواد فرار تشکیل می شود. مواد حاصله از اکسترودر تک ماردونه پلت های پلیمری پر شده با فیبر را پیش ترکیب می کند. در این مرحله ممکن است به یک خشک کن برای خشک کردن پلت ها نیاز باشد. روش ورود مواد به وسیله نیروی جاذبه اتفاق می افتد و مکانیزم ذوب کردن/اختلاط توسط حرارت محفظه و تنش ماردون خواهد بود. مزایای اکسترودر تک ماردونه تکنولوژی آزموده شده و کمترین سرمایه اولیه مورد نیاز است. از جمله معایب این سیستم هزینه بالای مواد اولیه، نرخ خروجی کمتر، نیاز به سیستم خشک کن، احتمال بالاتر تجزیه دمایی فیبر چوب، سرعت چرخش ماردون بالا و احتمال سوختگی نوک ماردون، و عدم توانایی در حفظ دمای ذوب در فشار بالاتر است.

سیستم دو ماردون با چرخش خلاف جهت (Counter-rotating Twin Screw):

سیستم اکسترودر دو ماردونه با چرخش خلاف جهت در موارد زیر به کار برده می شود: هنگام استفاده از پلیمرهای حساس به دما مانند پی وی سی (PVC)، اکستروژن دمای پایین برای فیبرها و فوم ها، مواد غیرکامپاندی مثل پودر، موادی که تزریق آن ها به عنوان خوراک دشوار است، و آن دسته از موادی که نیاز به گازربایی یا Degassing (حذف گاز از مایعات) دارند. سیستم دو ماردونه با چرخش خلاف جهت می تواند آرایش ماردون موازی یا مخروطی داشته باشد. فیبر چوب و پلیمر تقریبا به یک اندازه اند (معمولا بین ۲۵۰ تا ۴۰۰ میکرون). جداسازی مواد عبارت است از خشک کردن فیبر و سپس اختلاط با شدت بالا با پلیمر و مواد افزودنی. روش ورود خوراک معمولا توسط دستگاه Crammer Feeder است. مکانیزم ذوب/اختلاط به وسیله گرمای محفظه و اختلاط ماردون است. دفع رطوبت توسط دریچه خلا انجام می شود. مزایای سیستم اکسترودر دو ماردونه با چرخش خلاف جهت، سرعت پایین ماردون، تنش اختلاط پایین، و تکنولوژی آزموده شده آن است. از معایب این روش می توان به نیاز به سیستم خشک کردن، نیاز به سیستم کوچک شده برای ورود مواد، نیاز به سیستم پیش اختلاط، و تاثیرگذاری انتقال مواد بر نسبت ترکیب خوراک اشاره کرد.

سیستم ترکیبی دو ماردون با چرخش هم جهت و تک ماردون ذوب داغ:

از سیستم ترکیبی دو ماردون با چرخش هم جهت و تک ماردون ذوب داغ می توان برای تولید پروفیل های چوب پلاست استفاده نمود. در این حالت، یک اکسترودر دو ماردونه با چرخش هم جهت با نسبت طول به قطر ۴۰ به ۱ با یک اکسترودر تک ماردونه ذوب داغ با نسبت طول به قطر ۱۰ به ۱ جفت می شود. مواد این سیستم عبارت است از فیبر چوب با محتوی رطوبت محیط (بین ۵ تا ۸ درصد)، پلیمر و مواد افزودنی در حالت معمول خودشان. در این حالت نیاز به هیچ پیش آماده سازی مواد مانند پیش اختلاط ترکیبات وجود ندارد. مکانیزم ذوب/اختلاط شامل گرمای محفظه، سرعت ماردون، و اختلاط ماردون است. دفع رطوبت به وسیله دریچه های خلا و اتمسفری انجام می شود. از مزایای این روش می توان به موارد زیر اشاره کرد: توانایی فرآوری چوب در محتوی رطوبت محیط به طوری که اکسترودر برای خشک کردن فیبر نیازی به عملیات خشک کردن و پیش اختلاط نخواهد داشت؛ و هم چنین اختلاط خوب فیبر و پلیمر با هم. از معایب این روش می توان به نیاز به سیستم های خوراک دهی جنبی، سرعت ماردون بالا، عدم خنک سازی ماردون (احتمال سوختگی)، عدم توانایی در پایین نگه داشتن دمای ذوب در فشارهای بالا، و ذوب شدن همزمان پلیمر با فیبر (احتمال سوختگی و سخت تر شدن خروجی) اشاره کرد.

سیستم وودترودر (Woodtruder):

سیستم وودترودر (Woodtruder) شامل یک اکسترودر دو ماردونه با چرخش خلاف جهت با نسبت طول به قطر ۲۸ به ۱ و یک اکسترودر تک ماردونه ۷۵ میلی متری، یک واحد اختلاط، سیستم کنترل اختلاط کامپیوتری، قالب فشاری، محفظه خنک سازی اسپری، قالب برش متحرک، و میز است. وقتی فرآیند آغاز می شود، آرد چوب محتوی رطوبت محیط وارد بخش خوراک فیبر شده و توسط دو ماردون خشک می شود. ضمنا، جدای از فیبر، پلاستیک ها هم ذوب می شوند. مکانیزم ذوب/اختلاط شامل گرمای محفظه و اختلاط ماردون است. جداسازی چوب انتقالی و پلاستیک در حال ذوب این اطمینان را می بخشد که فیبر در طی ذوب شدن پلاستیک نمی سوزد و آن پلاستیک ذوب شده از فیبرها به صورت محفظه وار محافظت می کند. سپس این مواد با هم ترکیب می شوند و رطوبت یا مواد فرار باقی مانده به وسیله دریچه خلا دفع می شوند. از مزایای این سیستم این است که آرد چوب و مواد افزودنی همگی در حالت طبیعی خود قرار دارند و نیازی به هیچ گونه پیش آماده سازی مواد نیست. روش ورود مواد از طریق نیروی وزن شان است. مزایای این روش عبارت است از توانایی فرآوری فیبر در محتوی رطوبت محیط (۵ تا ۸ درصد)، فرآیند مجزای ذوب پلیمر، اختلاط مناسب پلیمر و فیبر، خنک سازی پیچ در دو ماردون، توانایی حفظ دمای ذوب پایین در فشارهای بالا، تخلیه بهتر، حذف تجهیزات مربوط به خشک کردن، کاهش اندازه و پیش اختلاط مجزا، سیستم کنترل فرآیند یکپارچه فوق منعطف برای واحدهای عملیاتی اکسترودر و ورود مواد. از جمله معایب آن نیز می توان به این موارد اشاره کرد: توان عملیاتی پایین تر، هزینه های سرمایه ای بالاتر، و استفاده از اکسترودر اصلی به عنوان خشک کن که بهینه ترین حالت ممکن برای فرآوری آرد چوب خشک نیست.

مواد افزودنی به چوب پلاست چیست و چه نقشی دارد؟

تولید چوب پلاست یک فرآیند ساده و بدون دردسر نیست. عمده مشکلات آن وابسته به مشکلات به هم چسبندگی است که به دلیل عدم سازگاری بین چوب قطبی و پلاستیک که غیر قطبی است ایجاد می شود. هم چنین مشکلات ناشی از افزایش دما و فشار در اکسترودر از دیگر مشکلات آن است.  به همین علت بهره گیری از افزودنی های مختلف در فرمولاسیون چوب پلاست می تواند باعث بهبود خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی کامپوزیت چوب پلاستیک شود و استفاده از آن را در صنایع مختلف بیشتر از قبل کند.

مواد افزودنی جز مواد اولیه نسبتا مهم در ساخت کامپوزیت های چوب پلاستیک هستند که به دلایل مختلفی می توانند مورد استفاده قرار بگیرند. انواع مواد افزودنی به چوب پلاست عبارتند از روان کننده ها، افزودنی های کنترل تغییر شکل، عوامل جفت کننده، تثبیت کننده ها، پر کننده ها، افزودنی های کاهش دانسیته، بیو اسیدها، رنگ دهنده ها، افزودنی های ظاهری محصول، کندسوز کننده ها، و کاهش دهنده های دود.

یکی از بزرگ ترین مشکلات در ساخت چوب پلاستیک، عدم تماس و برهمکنش مناسب بین پر کننده چوب آب دوست و شبکه پلیمری آب گریز است که منجر به چسبندگی ضعیف و خواص کاهش یافته می شود. به طور کلی قدرت چسبندگی بین دو ماده به مکانیزمی که در سطح تماس رخ می دهد مرتبط است. در سیستم wpc این مکانیزم از نوع نیروهای پراکندگی است و بنابراین انرژی سطوح مواد اثرگذار است و مقدار انرژی تماس بین دو سطح میزان چسبندگی را تعیین می کند.

یکی از مهم ترین افزودنی های مورد استفاده در تولید محصولات چوب پلاست عوامل جفت کننده (Coupling agents) نام دارد. استفاده از پلیمر پیوندی انیدرید مالئیک در چوب پلاستیک های پایه پلی الفین یکی از راه های متداول برای اثرگذاری بر برهمکنش سطح تماس و تقویت چسبندگی شبکه فیبری است.

پلی الفین های مالئیکه در حال حاضر اصلی ترین عامل جفت کننده در تولیدات چوب پلاستیک تجاری محسوب می شود. تولید کنندگان چوب پلاست معمولا از ۱ تا ۵ درصد وزنی پلی الفین های مالئیکه به عنوان عامل جفت کننده در فرمولاسیون خود استفاده می کنند.

در مطالعاتی که به تاثیر مقدار روان کننده ها بر فرآیند و خواص کامپوزیت های چوب و پلی اتیلن های با دانسیته بالا (HDPE) انجام شد به این نتیجه رسیدند که با افزایش مقدار روان کننده، ویسکوزیته ظاهری کاهش می یابد . مقدار بهینه فیبر چوب، پلی اتیلن با دانسیته بالا (HDPE)، پلی اتیلن انیدرید مالئیک (MAPE)، و روان کننده می تواند به واسطه کاهش ویسکوزیته و حفظ خواص مکانیکی و نرمی سطح باعث سهولت فرآیند شود. از بین انواع روان کننده ها، روان کننده های استری می تواند باعث پراکندگی بهتر ذرات شود و روان سازی بیرونی خوبی ایجاد کند.

بیو اسیدها به منظور کنترل و کاهش رشد قارچ در چوب پلاستیک اضافه می شوند. در مطالعه ای از بیو اسید روی و بیو اسید نقره برای مقایسه میزان تاثیر در جلوگیری از رشد قارچ استفاده شد و نتیجه نشان داد که بیو اسید نقره تاثیری در جلوگیری از رشد قارچ ندارد ولی بیو اسید روی در جلوگیری از رشد قارچ اثرگذار است. در مطالعه ای دیگر مشخص شد که بورات سدیم/کلیسیم به شکل قابل توجه ای بهتر از بورات روی در جلوگیری از رشد قارچ در چوب پلاست اثرگذار است.

همان طور که می دانید اشعه فرابنفش یا UV خورشید می تواند باعث از بین بردن رنگ و تضعیف قدرت مکانیکی چوب پلاستیک شود. برای رفع این مشکل و ایجاد دوام بیشتر از تثبیت کننده هایی نظیر تثبیت کننده های نور آمین ممانعت شده (HALS) و جاذب های فرابنفش (UVA) در کامپوزیت چوب پلاستیک استفاده می شود. تثبیت کننده های نور آمین ممانعت شده دی استر با از بین بردن رادیکال های آزاد تولید شده توسط اشعه فرابنفش، باعث تثبیت رنگ چوب پلاست می شود. هر چقدر وزن مولکولی دی استرها بالاتر باشد، در کامپوزیت ثبات بیشتری خواهد داشت. نتایج مطالعات نشان می دهد که تثبیت کننده های اشعه فرابنفش باعث کاهش تخریب نوری چوب پلاستیک می شود.

کامپوزیت های چوب پلاستیک فومی شده خواص جالب توجه ای نظیر وزن و هزینه کاهش یافته، نسبت قدرت به وزن بیشتر، و شفافیت سطح بالاتر (سطح و گوشه های شفاف تر) دارند. در مطالعه ای از سه عامل فومی کننده شیمیایی (گرماگیر، گرمازا، و گرماگیر/گرمازا) برای افزودن به ترکیب فیبر چوب و گرانول های پلی پروپیلن استفاده شد. نتایج نشان داد که عوامل فومی کننده گرمازا بهترین گزینه برای ایجاد فوم در چوب پلاستیک بوده است.

یکی از نقاط ضعف اصلی چوب پلاستیک قابلیت اشتعال بالای آن است. بنابراین بهبود مقاومت آن در برابر شعله می تواند باعث توسعه استفاده از آن در مصارف دیگر خواهد شد. مقاومت در برابر آتش در چوب پلاستیک ها اهمیت بالایی دارد چرا که از این ماده در مصارف ساختمانی و وسایل تولیدی استفاده می شود. برای درک بهتر رفتار کندسوز کننده ها در عملکرد کامپوزیت چوب پلاستیک، پنج سیستم کندسوز کننده (دی کربوفرومدیفنیل اکسید، منیزیم هیدروکسید، بورات روی، ملامین فسفات، و آمونیوم پلی فسفات) مورد بررسی قرار گرفتند. تمامی این پنچ عامل باعث بهبود عملکرد چوب پلاست در برابر آتش سوزی شدند. نکته جالب توجه اینجاست که اضافه کردن آرد چوب به تنهایی نیز باعث بهبود عملکرد مقاومت در برابر آتش سوزی چوب پلاستیک گردید.

اجرا و نصب چوب پلاست چگونه است؟

به طور کلی نصب و اجرای چوب پلاست کار چندان دشواری نیست و با یادگیری اصول و نکات فنی لازم می توان به سادگی این کار را انجام داد. مهم ترین نکته برای شروع نصب چوب پلاست آماده سازی زیر سازی کار است. به عبارتی دیگر، اجرای زیر سازی یا شاسی کشی به منظور نصب چوب پلاست جهت نصب پروفیل ها. می توان از پروفیل های چوبی، پروفیل های فلزی و حتی پروفیل چوب پلاست برای ایجاد زیرسازی استفاده کرد. رنگ زدن پروفیل های فلزی به منظور جلوگیری از زنگ زدن زیرسازی از نکاتی مهمی است که حتما باید مورد توجه قرار گیرد.

اگر کف کار یکدست بوده و بدون اختلاف ارتفاع باشد آن گاه فقط کافیست پروفیل ها در جهت عمود بر نصب پروفیل های چوب پلاستیک نصب شوند. اما اگر کف کار یکدست نباشد باید از سیستم کف سازی کاذب جهت یکدست کردن شیب کف استفاده کرد.

بهتر است پروفیل های زیرسازی در فاصله ۳۰ تا ۳۵ سانتی متری از هم قرار گیرند. البته این موضوع بستگی به کاربری آن مکان دارد. به عنوان مثال اگر قرار است از آن در اماکن شلوغ و توریستی استفاده شود بهتر است این فاصله را به زیر ۲۵ سانتی متر کاهش داد. وقتی دو پروفیل چوب پلاستیک را در کنار هم قرار می دهید حدود ۱ سانتی متر بین آن ها فاصله دهید تا در اثر انبساط و انقباض مشکلی پیش نیاید. بهتر است در کل کار حدود یک درصد شیب ایجاد کنید تا اگر آبی روی کف باقی ماند به واسطه این شیب به آرامی خارج شود.

اولین پروفیل را روی زیرسازی با پیچ و دریل نصب کنید. سپس از گیره های مخصوص نصب محصول استفاده کنید و به همین ترتیب ادامه مراحل نصب را انجام دهید. دقت کنید که از پیچ های ضد زنگ استفاده کنید تا به مرور زمان خوردگی ایجاد نشود.

منبع تهیه مطلب : سایت  www.woodiano.ir

با تشکر از مدیریت محترم سایت وودیانو برای مطالب مفید و سازنده

کلمات کلیدی :

پروفیل چوب پلاستیک -wood plastic composite-poly wood-wood plast-wpc-پروفیل چوب پلاست-کف پوش چوب پلاستیک-دیوارپوش چوب پلاستیک