Ahşap plastik kompozit malzeme uygulamalarının sürekli büyümesi kaçınılmaz bir eğilimdir

uygulamasının sürekli büyümesi ahşap plasti̇k kompozi̇t malzemeler kaçınılmaz bir eğilimdir

Sosyal gelişim nedeniyle ahşaba olan talep artıyor ve ormanların büyüme hızı artık talebi karşılayamıyor, bu da ahşap endüstrisini yenilik yapmaya ve keşfetmeye zorluyor.

Yakın zamanda, Çin Bilimler Akademisi Ningbo Malzeme Teknolojisi ve Mühendisliği Enstitüsü'nün (bundan böyle Ningbo Malzeme Enstitüsü olarak anılacaktır) biyo-bazlı polimer ekibi, bitki samanı ve diğer elyaf kompozitleri kullanarak ahşap benzeri kompozitler hazırladı. Ekip lideri ve Ningbo Malzeme Enstitüsü araştırmacısı Zhu Jin, China Science Daily'ye yaptığı açıklamada, "Sadece kırsal samanın büyük ölçekli yakılması sorununu çözmekle kalmayan, aynı zamanda tarım ve ormancılık atıklarını hazineye dönüştürmeyi umut eden bir süreç geliştirmek için işletmelerle işbirliği yaptık" dedi.

Ahşaba alternatifler aranıyor

Günümüzde, ormansızlaştırma yoluyla elde edilen yuvarlak ahşap miktarı azalmakta ve bu da kereste endüstrisinde yapay levhaların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Yapay levha olarak adlandırılan bu ürünler, kavak, okaliptüs gibi hızlı büyüyen ağaçlardan ve kısa büyüme döngülerine sahip diğer ağaçlardan kesilerek ahşap kaplama haline getirilir veya hammadde olarak kırık ahşaptan ahşap lifleri haline getirilir. Daha sonra yapıştırıcılar kullanılarak levhalara yapıştırılırlar.

Yapay levhanın üretim yöntemi esnek ve uygun maliyetlidir, bu da insanların günlük ihtiyaçlarını neredeyse karşılayabilir. Çin Ahşap ve Ahşap Ürünleri Dağıtım Birliği Bilgi Merkezi'nin istatistiklerine göre, 2017 yılında Çin yılda 300 milyon metreküpün üzerinde suni tahta üretti.

Bununla birlikte, yapay levhalar organik yapıştırıcıların varlığı nedeniyle genellikle formaldehit salgılar. Günümüzde formaldehit kirliliği toplumsal kaygıların odak noktası haline gelmiştir.

"Yapay tahta, yuvarlak ahşaba kıyasla daha fazla işleme esnekliğine sahip olsa da, kalıplama işlemi basit bileşenler üretmekle sınırlıdır ve plastik gibi karmaşık bileşenler üretemez." Zhu Jin, polimer bilimcilerin daha önce plastiği ahşap tozu ile doldurarak yeni bir tür ahşap plastik kompozit malzeme elde ettiklerini keşfetti. Son 20 yılda ahşap plastik kompozit malzemeler, plastik işlemedeki avantajları ve ahşabın güzelliği nedeniyle hızla gelişti.

Yeni sorunlar da ortaya çıkmıştır. "Ahşap plastik kompozit malzemeler, genellikle 60%'den daha az bir dolgu miktarıyla ahşap tozu ile doldurulur. Mekanik özellikleri ahşabın gereksinimlerini karşılamamakta ve eğilme ve deformasyon gibi ciddi sorunlara yatkındır." Zhu Jin, ahşap plastik kompozit malzemelerin ahşabın ihtiyaçlarını tam olarak karşılayamadığını ve ahşabın yerini alma hedefine ulaşamadığını söyledi.

Yapısal olarak bakıldığında, ahşabın mikro yapısı bir tür elyaf kompozit malzemedir. Ülkemizde elyaf kompozit malzemelerin geçmişi antik çağlara kadar uzanmaktadır. Eski insanlar ev yapmak için kili güçlendirmek amacıyla pirinç samanı veya buğday samanı kullanmışlardır ki bu da fiber kompozit malzemelerin bir kullanımıdır. Zhu Jin, "Pirinç samanı veya buğday samanının toplanması ve işlenmesi zordur, bozulmaya, yanmaya ve su emilimine eğilimlidir, bu nedenle modern kompozit malzemelerde tekrar varlıklarını görmek zordur" dedi.

"Ahşabın doku yapısına dayanarak, gerçekten ahşabın yerini alabilecek yeni bir tür ahşap benzeri kompozit malzeme geliştirebilir miyiz?" Zhu Jin yeni bir girişim başlatmak üzere biyo bazlı bir polimer ekibine liderlik etti.

Malzeme teknolojisi zorluklarının üstesinden gelmek

Hem yapay tahta hem de ahşap plasti̇k kompozi̇t hammadde olarak ahşaba ihtiyaç duymaktadır. "2017 yılında Çin'in ahşap ithalatına bağımlılığı 60%'nin üzerine çıkmıştı." Zhu Jin'in ekibi, kenevir lifleri, bambu lifleri gibi yıllık otsu bitki liflerini, lif yapıları ile ahşap benzeri kompozit malzemeler oluşturmak için plastiklerle birleştirmek üzere lif yapıları olarak kullanma fikrini ortaya attı. "Bu, insanlığın ahşaba olan bağımlılığını tamamen çözecektir."

"Polimer reçinelere kıyasla çeşitli bitki liflerinin fiyatlarının daha düşük olması nedeniyle, bu kompozit malzemelerin maliyeti de mevcut plastik reçinelerden daha düşük olacaktır. Ancak Zhu Jin'in araştırması, bitki lifli malzemelerin büyük ölçekte geliştirilmesi ve kullanılması için malzeme teknolojisinin katman katman zorluklarının üstesinden gelinmesi gerektiğini ortaya koymuştur.".

Bitki liflerinin güçlü hidrofilitesi nedeniyle, hidrofobik polimer reçinelerle uyumluluğu zayıftır ve bu da nihai kompozit malzemenin önemli ölçüde kırılganlık sergilemesine neden olur.

Biyo-bazlı polimer ekibinin müdahale planı uyumlu katkı maddeleri kullanmaktır. Uyumlu katkı maddeleri seçerek hidrofilik bitki lifleri ve hidrofobik polimer reçineleri arasındaki uyumluluğu etkili bir şekilde artırabilir ve sonuçta yüksek mukavemetli ve yüksek modüllü bitki lifi takviyeli polimer kompozitler hazırlayabilirler.

Ancak bitkisel elyaf içeriğinin artmasıyla birlikte bitkisel elyaflı polimer kompozitlerin yüzeyinde çeşitli kusurlar kolaylıkla oluşmaktadır. Örneğin, ekstrüzyon üretiminde, akışkanlık zayıfsa, sürekli ekstrüzyon yapamama ve ekstrüzyondan sonra dengesiz şekil gibi sorunlar ortaya çıkabilir. Zhu Jin'in ekibinin çözümü, karmaşık görünüme ve özellikle yüksek akışkanlık gereksinimlerine sahip otomotiv parçaları hazırlamak ve ayrıca sac metalin sürekli ekstrüzyonunu başarıyla gerçekleştirmek için "iç yağlama" ve "dış yağlama" bileşik yağlayıcı sistemi kullanmaktır.

Buna ek olarak, hem bitki lifleri hem de yaygın plastikler yanıcı malzemelerdir ve bitki lifi kompozit malzemelerin mevcut alev geciktirici sorunu da büyük bir zorluktur.

"Diğer araştırma ekipleri, elyafları organik çözücülerle veya alkali çözeltilerle işleyerek alev geciktiriciliğe ulaşmıştır. Ancak bu yol, çevresel arıtma açısından sadece zaman alıcı ve emek yoğun olmakla kalmıyor, aynı zamanda çok fazla ek maliyet de getiriyor." Zhu Jin, biyo bazlı polimer ekibinin bitki lifleri ve reçine matrisi kullanarak adım adım alev geciktirici şemasını tanıttı: alev geciktirici işlem her ikisi için ayrı ayrı gerçekleştiriliyor. Bilimsel alev geciktirici değerlendirmesi sayesinde, yüksek dolgulu bitki elyafı kompozit malzemesi V0 seviyesinde alev geciktirici özelliğe ulaşmıştır.

Ahşap benzeri malzemelerin işlenmesi ve hazırlanması

Bitki liflerinin mevcut hazırlanması ve işlenmesi de üç zorlukla karşı karşıyadır: bunların merkezi olarak nasıl toplanacağı, nasıl verimli bir şekilde ezileceği ve reçine matrisi ile nasıl eşit bir şekilde karıştırılacağı. Örnek olarak samanı ele alan Zhu Jin, samanın toplama maliyetinin yüksek olduğunu, birçok safsızlık bulunduğunu ve nihai kapsamlı kullanımının da nispeten zor olduğunu söyledi. Tarım makineleri ve ekipmanları bu tür samanı önceden ezebilir, ancak inceliği hala kompozit malzemelerin hazırlanmasından uzaktır.

Zhu Jin liderliğindeki ekip, araştırma sonucunda yukarıdaki sorunları çözmek için ilk olarak, elyaf işleme ve hatta kompozit malzemelerin hazırlanmasını sağlamak için belirli bir coğrafi aralıkta birden fazla yerde üretilebilen minyatürleştirilmiş ekipmana ihtiyaç olduğunu; İkinci olarak, saman veya kenevir liflerindeki mikro lifleri kırma işlemi yoluyla ana gövdeden ayırmak için etkili bir lif kırma yöntemi olması gerektiğini; Son olarak, ekipmanın yüksek içerikli bitki liflerini plastik reçinelerle tamamen karıştırmak için çok güçlü bir karıştırma ve karıştırma torku gerektirdiğini buldu.

Bu amaçla Ningbo Malzeme Enstitüsü, yukarıdaki sorunları tek bir işlem adımında çözebilecek yüksek hızlı bir karıştırma ekipmanı geliştirmek için Weifang Yunding New Materials Technology Co, Ltd. ile işbirliği yapmıştır. Zhu Jin, "Bu ekipman, 80%'ye kadar bitki elyafı dolgu içeriğine sahip termoplastik kompozit malzemeleri başarıyla hazırlayabilir. Hammaddelerin karıştırılması ve otomatik kesimle oluşturulan kompozit malzeme parçacıkları, geleneksel plastik kalıplama süreçleriyle üretilebilir."

Bitki liflerinin yüksek içeriği, kompozit malzemelerin ahşaba benzer yüksek mukavemetini sağlar. Bu nedenle, yüksek içerikli bitki lifli polimer malzemeler ahşap benzeri kompozit malzemeler olarak da bilinir. Bu tür ahşap benzeri kompozit malzeme, ahşap, suni tahta, tek plastik ve geleneksel ahşap plastikten daha iyi kapsamlı performansa sahiptir.

Zhu Jin, araştırma ve pazarlamanın derinleşmesiyle taklit ahşap ürünlerinin yakında pazara gireceğini ve binlerce haneye gireceğini belirtti. Bu şekilde, ahşabın gelişimi kütüklerden yapay tahtalara ve ardından ahşabı taklit eden yıllık otsu bitkilere, insanlığı ahşaba bağımlılıktan kurtaran ve ahşabın sürdürülebilir gelişimini sağlayan bir çağa ulaşmıştır.