خلاصه پایان نامه کلیاتی در مورد کامپوزیت های چوب - پلاستیک
مقدمه
مهندسان همواره به دنبال کیفیت بهتر هستند. در علوم ریاضی و کامپیوتر فرایند انتخاب یا پیدا کردن بهترین عضو در مجموعهای از گزینههای موجود است. هر فرآیندی پتانسیل بهینهشدن دارد و مسائل پیچیده میتوانند در زمینه های علوم مهندسی، اقتصادی و تجاری به صورت مسائل بهینهسازی مدلسازی شوند. هدف از مدلسازی مسائل بهینه سازی حداقل کردن زمان، هزینه و ریسک یا حداکثر کردن سود، کیفیت و اثربخشی طراحی نیرومند یک هدف است. بعضی از مسائل بهینه سازی پیچیده هستند و به دست آوردن جوابهای بهینه در زمان معقول با روش حل دقیق مانند روش های برنامه ریزی پویا و شاخه و کران مشکل است. از این رو توسعه روشهای حل در این نوع مسائل که بتوانند در زمان معقول جواب های بهینه یا نزدیک به بهینه بدست آورند، از نظر اقتصادی به صرفهتر است. در دهههای اخیر برای حل مسائل بهینه سازی، روش های مختلفی توسعه داده شده است. متدولوژی مهندسی جهت بهینهکردن شرایط فرآیند و محصول است، به گونه ای که محصول و فرآیند کمترین حساسیت را نسبت به عوامل تغییرداشته و در نتیجه تولیداتی باکیفیت بالا رابه همراه خواهد داشت. یکی ازابزارهای مهم برای طراحی نیرومند، طراحی پارامتر به روش تاگوچی است. در طراحی پارامتر به روش تاگوچی فرض براین است که مواد و اجزاء باکیفیت متوسط در محصول وجود داشته و یا این که فرآیند از ماشینهایی استفاده می کند که دقت بالایی ندارند .این امر مقداری تلرانس را به دلیل وجود عوامل اختلال ایجاد خواهد کرد. بنابراین حساسیت نسبت به عوامل اختلال وتغییرات کیفی که اغلب ناشی از شرایط محیطی می باشد، میبایست کمینه گردد.
یک فعالیت اساسی مهندسی کیفیت طراحی و انجام آزمایشات است تا دادههای لازم جهت انجام تجزیه وتحلیل جمعآوری گردد. تاگوچی یک آزمایش را به عنوان ایجاد تغییر دریک فرآیند جهت مطالعهی اثرات آن تعریف میکند. وی موثرترین شیوهی انجام آزمایشات را شیوهی چند عامل در هر زمان میداند.
همانطور که میدانیم بخش اعظمی از ابزارها و قطعات مورد استفاده در زندگی ما را قطعات پلاستیکی تشکیل می دهند. با بررسی مطالعات انجام یافته در سال‌های اخیر میتوان دریافت که استفاده از کامپوزیت‌ها، به خصوص کامپوزیتهای زمینه پلیمری چوب –پلاستیک رشد سریعی داشته است. علت اصلی توسعه کامپوزیت‌ها خواص بهینه آنها نسبت به اجزای تشکیل‌دهنده می‌باشد که عمدتا با جایگزینی کامپوزیت‌ها بجای مواد معمول، بخصوص فلزات صورت گرفته است[1].
مواد کامپوزیتی از ترکیب دو یا چند ماده ساخته می‌شوند تا خواص بهینه ای را ایجاد کنند. البته بیان فوق یک تعریف کلی است و می‌تواند تمامی آلیاژ های فلزی، پلیمرهای پلاستیکی، مواد معدنی، چوب و ... را دربر بگیرد[1].
با توجه به محدودیت کمی منابع چوبی و مواد پلاستیک، و رشد روزافزون تقاضای مصارف صنعتی و ساختمانی به مواد اولیه با کیفیت و طول عمر بیشتر، و همچنین توجه به جنبه های نوآوری محصول واثرات زیست محیطی، می توان از مواد کامپوزیت چوب-پلاستیک WPC1 بعنوان یک تکنولوژی پیشرونده و قابل توسعه نام برد. مطابق تعریف مواد کامپوزیتی، کامپوزیتهای چوب- پلاستیک هم از ترکیب فیزیکی پلیمر ها (اغلب ترموپلاستیک ها) با ذرات چوب حاصل می‌شود که موجب به وجود آمدن خواص جدیدی می‌شود که با خواص چوب و خواص پلیمر اولیه متفاوت است.واژه WPC به معنای ترکیب چوب و پلاستیک، گستره وسیعی از مواد کامپوزیتی را دربر دارد. این محدوده برای مواد پلاستیکی، از پلی‌اولفین‌ها تا پلیوینیلکلراید[1] و برای مواد پرکننده از پودر چوب تا الیاف کتان را شامل می‌شود. این کامپوزیت جدید، مفهوم کامپوزیت چوب را از معنای متداول آن که به موادی مانند نئوپان[2] و ام‌دی‌اف[3] اتلاق می‌شد به فضایی جدید و مهمتر از آن به ماده‌ای جدید با کارایی بالا، گسترش داده است[2]. این موضوع بدان معناست که عبارت WPC امروزه فقط به کامپوزیت چوب و پلاستیک اطلاق نمی‌شود، بلکه ممکن است به جای چوب از مواد دیگری از قبیل شلتوک برنج، بامبو، کاه و ... نیز استفاده شود[3].
در زمینه تولید قطعات با کیفیت بالا و استفاده از مواد دورریز و تولید مواد کامپوزیتی پژوهش های فراوانی به عمل آمده است. اولین نسل از کامپوزیت چوب پلاستیک، ترکیبی از پودر چوب و مواد پلیمری بود که خواص بالایی از نظر فیزیکی و مکانیکی دارا نبود. در حال حاضر با افزودن مواد مختلف، از قبیل انواع مواد روان‌کننده[4] و سازگارکننده[5]، خواص مکانیکی بسیار خوبی برای این کامپوزیت بدست آمده است. فرآیندهای صورت‌گرفته بر روی این کامپوزیت برای تولید محصولات مختلف مانند فرآیندهای متداول برای مواد پلیمری است[2]. .
اکثر قطعات تولید شده موجود از این کامپوزیت، در حال حاضر دارای میزان چوب بین 40% تا 80% می‌باشند. بیشتر محصولات چوب پلاستیکی، مانند مواد پلاستیکی از اکسترود به دست آمده که دیگر به فرآیندهای پرهزینه‌ای که به طور مثال برای شکل‌دهی چوب استفاده می‌شود، نیازی نیست. البته برای بهبود کیفیت ظاهر قطعه میتوان از اکستروژن همزمان[6] و یا روکش کردن[7] محصولات نیز استفاده نمود[5]. آقایان Yaembunying و Prachayawarakorn در سال 2004 به بررسی اثر بازیافت پلی پروپیلن پر شده با 40%سبوس برنج ،بر خواص کامپوزیت چوب_پلاستیک تولیدی در فرایند تزریق پرداختند[6].
1-2-تاریخچه
در سال 1916 برای اولین بار، کامپوزیت چوب پلاستیک در کارخانه رولزرویس برای ساخت سر دسته دنده[8] مورد استفاده قرار گرفت. این موضوع در حدود کمتر از یک دهه از به ثبت رسیدن اولین رزین کاملا مصنوعی اتفاق افتاد[7]. از سال1950، در امریکای شمالی استفاده از کامپوزیتهای ساختاری و غیرساختاری از چوب به جای چوب خالص افزایش یافت[8]. در سال 1983 شرکت امریکن ووداستوک[9]، با استفاده از فناوری اکستروژن ایتالیا، اقدام به تولید ورق‌هایی از کامپوزیت چوب- پلاستیک با پایه‌ی پلی‌پروپیلن[10] و تقریبا 50 درصد چوب نمود[9].
در سال 1991 اولین کنفرانس بین‌المللی کامپوزیت چوب- پلاستیک در مادیسون ویسکونسین[11] برگزار شد. در سال 1993 شرکت اندرسون[12]، تولید این کامپوزیت را با پایه‌ی پی‌وی‌سی آغاز نمود. در سال 1996، بسیاری از شرکت‌های آمریکایی شروع به تولید این کامپوزیت به صورت گرانول برای استفاده در شرکت‌ها و کارخانه‌های دیگر کردند. از این زمان به بعد، فعالیت‌ها در زمینه‌ی چوب پلاستیک به شدت رشد کرد[9].
1-3-خواص، مزایا و کاربردهای کامپوزیت چوب- پلاستیک
این کامپوزیت دارای تنوع بالایی از مزایا بوده که از مهمترین آنها میتوان به موارد ذیل اشاره نمود[2]:
محصولات تولیدی نیازی به عملیات تکمیلی ندارند.
محصولات تولیدی، در برابر آب و تغییرات جوی به مراتب بهتر از چوب مقاومت می‌کنند.
در برابر رشد قارچ و حمله حشرات از چوب مقاوم‌تر است.
با افزایش درصد چوب قابلیت عایق صوتی و حرارتی آن افزایش می‌یابد.
در تولید آن میتوان از مواد کم هزینه و ضایعاتی استفاده نمود.
بازیافت مجدد محصولات تولیدی از این کامپوزیت، پس از پایان عمر مفید آنها، به‌سادگی امکان‌پذیر است.
کامپوزیت های چوب پلاستیک دارای مقاومت، سفتی و مقاومت خزشی پایین‌تری نسبت به چوب هم اندازه خود می‌باشند. لیکن در مقایسه با چوب، رطوبت کمتری جذب می‌نمایند و مقاومت بیشتری در مقابل پوسیدن و تخریب شدن دارند.
(تصاویر در فایل اصلی موجود است)
فهرست پایان نامه کلیاتی در مورد کامپوزیت های چوب - پلاستیک
فهرست:
ندارد.
منبع:
[1] Crawford, R.J., Plastics Engineering. Third ed. 1999: BH Publication.
[2] Wood plastic composite: A technical review of materials, Processes and applications, in Tangram Technology Ltd. 2002.
[3] Pritchard, G., Wood filled plastics: The time has come. Plastic Engineering Europe. Journal of science and technology, 2001. 3(4): p. 20-25.
[4] Wood plastics composites. All set to win in Europe, in Netcomposite Newsletter. 9 April 2006.
[5] Pritchard, G., Two technologies merge: Wood plastic composites. Reinforced Plastics, 2004: p. 26-29.
[6] Prachayawarakorn,J and N.Yaembunying ,Effectof recycling on properties of rice husk-filled- polypropylene.Journalof science and technology,2005.27(2):p.343-352.
[7] Smith, P.M. and M.P. Wolcott, Opportunities for wood/natural fiber -plastic composites in residential and industrial applications. Forest Products Journal, 2006. 56(3): p. 4-12.
[8] Clemons, C., Wood Plastic Composites in the United States. Forest Products Journal, 2002. 52(6): p. 10-18.
[9] Klyosov, A.A., Wood-Plastic Composites. 2007: WILEY.
[10] احسان سوری. طراحی، بهینهسازی و ساخت پالت‌های از جنس کامپوزیت چوب- پلاستیک، پایان نامه کارشناسی ارشد. 1386، دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
[11] Rangaprasad, R. Wood Plastic Composites, An overview. in IPI Seminar On Synthetic Wood. 2003.
[12] Markarian, J., Material and processing developments drive wood plastic composites forward, in Plastics additives & Compounding. 2003. p. 24-28.
[13] Markarian, J., Wood plastic composites: Current trends in materials and processing, in Plastics additives & Compounding. p. 20-26.
[14] Chanda, M. and S.K. Roy, Plastic Technology Handbook. Fourth Edition ed. 2007: CRC Press.
[15] Tadmor, Z. and C. Gogos, Principles of Polymer Processing. Second ed. 2006: A John Wiley & Sons.
[16] عباس زهدی‌اقدم. بررسی پارامترهای فرآیند قالبگیری تزریقی کامپوزیت پلی‌پروپیلن و الیاف چوب, پایان‌نامه کارشناسی ارشد. 1384 ،دانشگاه تربیت مدرس، تهران.
[17] Zhang, K., Rheological characterization of dental waxes. 2004, University of Eberhard-Karls.
[18] Chanda, M. and S.K. Roy, Plastics Fundementals, Properties and Testing. 2009: CRC Press.
[19] Shenoy, A.V., Rheology of Filled Polymer Systems. 1999, Kluwer Academic Publishers.
[20] Barnes, H.A., J.F. Hutton, and K.W. F.R.S, An Introduction to Rheology. 1993: Journal of Materials and Design.
[21] V.Shenoy, A., Rheology of Filled Polymer Systems. 1999: KLUWER ACADEMIC PUBLISHERS.
[22] GROENEWOUD, W., Characterisation of Polymers by ThermalAnalysi. 2003: Journal of Materials and Design.
[23] W.Mckeen, L., The Effect of Tempretue and Other Factore on Plastics And Elastomers. 2008: William Andrew.
[24] Nicholas, P., Polymer characterization. 1996: Noyes Publication.
[25] Cotman JD, Gonzale MF, and Claver GC, Studies on Poly( vinyl chloride ). ІІІ. The role of the precipitated polymer in the kinetics of polymerization of vinyl chloride, J Polum Sci Polym Chem Ed, 1967. 5, 1137-1164.
[26] Forrest Mj, Plastic analysis; polu,ers, compounds and products, PARPA Technology Review, 2002. 12, 7, Report 139.
[27] Yeh, S.-K. and R. K.Gupta, Improved Wood-Plastic Composites Through Better Processing. Journal of science and technology, 2008. 39: p. 1694-1699.
[28] Najafi, S.K., et al., Effect of Thermomechanical Degradation of Polypropylene on Mechanical Properties of Wood-Polypropylene Composites. 2009. Journal of science and technology, 43(22): p. 2543-2554.
[29] Ming-Jer Tsai, .et al., Effects of material compositions on the mechanical properties of wood–plastic composites manufactured by injection molding. 2009. Journal of Materials and Design, 30:p. 3489–3496.
[30] Ahmed Koubaa, Sebastien Migneault, Effects of processing method and fiber size on the structure and properties of wood–plastic composites. 2009. Journal of Materials and Design, 30:p. 3475-3482.
[31] Soury, E., et al., Design, optimization and manufacturing of wood–plastic composite pallet. Material and Design, 2009. 30: p. 4183-4191.
[32] JIANG Feng, QIN Te-fu, Toughening wood/polypropylene composites with polyethylene octane elastomer (POE). 2006. Journal of Forestry Research, 17(4): 312-314.
[33] Behravesh, A.H., A. Zohdi, and E. Soury, Experimental investigation on injection molding of wood-plastics composites. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2010. 29(3): p. 456-465.
[34] Jafarian-Jam, N. and A.H. Behravesh, Challenge to the production of fine wood-plastic injection molded composite. Journal of Reinforced Plastics and Composites, 2009. 28: p. 73-82.
[35] Jafarian-Jam, N. and A.H. Behravesh, Flow Behavior of HDPE-Fine Wood-Plastic Composites. Journal of Thermoplastic Composites Materials, 2007. 20: p. 439-451.
[36] sadeghian, N. and M. Golzar, PVT Measurement System for Wood PlasticComposite Melt in an Extrusion Process. journal of Reinforced Plastics and Composites, 2008. 27(7): p. 739-750.
[37] Soury, E., et al., Design and manufacture of and extrusion die for wood plastic composite. Journal of Reinforced Plastics and Composites.
[38] Zolfaghari, A., et al., An Inovative Methode of Die Design and Evaluation of Flow Balance for Thermoplastics Evaluation Profiles. Polymer Engineering and Science, 2009. 49(9): p. 1793-1799.
[39] Shakouri, E., et al., Effect of die pressure on mechanical properties of wood-plastic composite in extrusion process. Journal of Thermoplastic Composites Materials, 2009. 22(6): p. 605-616.