استفاده از کامپوزیت های چوب - پلاستیک در صنعت خودرو و ساختمان

دنیای مصالح نوین

عدم امکان

بازیافت و قیمت بالا، همواره دو معضل عمده گسترش کامپوزیت های پلیمری در دنیا بوده اند، اما امروزه استفاده از الیاف گیاهی در ساخت کامپوزیت ها، نویدبخش افقی روشن برای صنعت کامپوزیت است.

این الیاف به راحتی به چرخه طبیعت برگشته و از قیمت بسیار پایین تری برخوردارند. کامپوزیت ها، درواقع ترکیبی از الیاف تقویت کننده با یک رزین پلیمری هستند. یک قطعه کامپوزیتی ساخته شده با الیافت شیشه، پس از اتمام عمرخود، در طبیعت باقی می ماند زیرا نمی تواند مانند مواد آلی توسط باکتری ها تجزیه شود. این مشکل حتی با سوزاندن قطعه کامپوزیتی به قوت خود باقی است زیرا سوزاندن، تنها قسمت پلیمری قطعه را به طبیعت برگشت می دهد و الیاف شیشه در حین حرارت دیدن، همچنان بدون تغییر باقی می مانند.

حتی اگر بخواهیم این الیاف را مجدداً مورد استفاده قرار دهیم، خواهیم دید که بعد از چند با بازیافت، مقاومت مکانیکی خود را از دست می دهند و به صورت ضایعات بلا استفاده در خواهند آمد. از سویی، الیاف شیشه درمقایسه با آهن معمولی، گران تر بوده و همین عامل باعث شده است تا در بسیاری موارد، استفاده از آهن به صرفه تر از الیاف شیشه باشد. علاوه بر آهن، آلومینیم نیز به دلیل قابلیت های بالایی که در فرایندهای شکل دهی از خود نشان می دهد و همچنین مقاومت در برابر خوردگی، یکی از رقبای سرسخت کامپوزیت ها به شمار می آیند. این دو معضل، باعث کند شدن میزان استفاده از کامپوزیت ها در صنایع ساختمان و خودرو شده است.

برای مقابله با این دو نقیصه، فعالیت هایی گسترده در زمینه استفاده از الیاف گیاهی همچون کنف و چتایی در ساخت قطعات کامپوزیتی صورت گرفته است. این فعالیت ها طی دهه گذشته به نحوی چشمگیر افزایش یافته و از سوی کشورهای توسعه یافته و درحال توسعه همچون آمریکا، هند و غیره دنبال می شود.

الیاف گیاهی بسیار سبک بوده و فوق العاده ارزان تر از الیاف شیشه هستند. آنها خواص مکانیکی بسیار خوبی از خود نشان می دهند و به سادگی در انواع فرایندهای شکل دهی کامپوزیت ها نظیر پالتروژن یا قالب گیری فشاری، قابل استفاده هستند. برخلاف آنچه که از الیاف گیاهی انتظار می رود، سرعت اشتعال کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) بسیار پایین تر از حد تصور است. این الیاف از نظر مقاومت و قیمت، حد واسط پلاستیک ها و کامپوزیت های الیاف شیشه محسوب می شوند. بنابراین در ساخت قطعات تزئینی و سایر قطعاتی که نیازمند مقاومت فوق العاده نیستند (اصطلاحاً سازه های غیرباربر) رقبای مناسبی برای پلاستیک ها، فایبرگلاس و حتی چوب و آهن به شمار می آیند. در مقام مقایسه نیز کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) نسبت به بهترین پلاستیک ها تا 30 درصد مقاوم تر هستند. مجموع این عوامل باعث شده است تا صنایع ساختمان و خودرو به عنوان بزرگ ترین صنایع مصرف کننده کامپوزیت ها، استقبال مناسبی از کامپوزیت های الیاف گیاهی (WPC) کنند.

WPC چیست؟
در سال هزار نهصد و نود کامپوزیت Wood Plastic Composite  با نام اختصاری WPC به عنوان کامپوزیتی مدرن در ایتالیا ظهور یافت، در اوایل هزار نهصد و نود کاربرد آن در آمریکای شمالی معروف شد و با شروع قرن 21، در هند، مالزی، سنگاپور، ژاپن و چین گسترش یافت. WPC را می توان یکی از بخش های پویای صنعت پلاستیک امروز، با میانگین نرخ رشد سالانه تقریبی 18 درصد در آمریکای شمالی و 14 درصد در اروپا دانست. گزارش ها نشان می دهند که در هزار نهصد و نود نه حدود چهار صد و شصت  میلیون تن WPC تولید شده و این میزان در سال دو هزار و یک میلادی  تا حدود هفتصد میلیون تن افزایش یافته است.

صنعت پلاستیک، برای اصلاح کارایی پلاستیک ها، به صورت سنتی از تالک، کربنات کلسیم، میکا و الیاف کربن و شیشه استفاده می کند. صنایع مهم نظیر: هوا فضا، خودرو، سازه ها و بسته بندی، اشتیاق زیادی برای گسترش کامپوزیت های نو نشان می دهند. شاهدی بر این مدعا، جایگزینی الیاف غیرآلی مانند شیشه یا آرامید با الیاف گیاهی به عنوان فیلر است.

به هر کامپوزیتی که شامل الیاف گیاهی (چوب یا غیر چوب) و مواد ترموست یا ترموپلاست باشد WPC گفته می شود. ترموست ها پلاستیک هایی هستند که یک بار شبکه ای شده و نمی توانند دوباره مذاب شوند. این مواد، شامل رزین هایی مانند اپوکسی و فنولیک هستند. ترموپلاستیک ها را می توان به دفعات ذوب کرد. این خصوصیت، به دیگر مواد مانند الیاف چوب اجازه می دهد که با پلاستیک ها برای تشکیل محصولات کامپوزیتی مخلوط شوند. PP، PE، PVC به صورت گسترده برای WPCها استفاده شده و به صورت رایج در محصولات ساختمان، سازه ها، اسباب و وسایل و خودرو مورد استفاده قرار می گیرند.

WPC عموماً از اختلاط الیاف گیاهی با پلیمر یا با اضافه کردن الیاف چوب به عنوان فیلر به ماتریس و فرایند پرسکاری یا قالبگیری تحت دما و فشار بالا به دست می آید. افزودنی هایی مانند رنگدانه ها، عوامل اتصال دهنده، پایدار کننده ها، عوامل پف کننده، تقویت کننده ها و روان کننده ها برای رسیدن به محصول نهایی استفاده می شوند.

الیاف گیاهی: