کامپوزیت چوب پلاستیک

Wood-Plastic Composites(wpc)

 مقدمه:

تاریخچه کامپوزیت‌های ترموسِت-چوب به اوایل دهه 1900 بر می‌گردد. در این دهه یک کامپوزیت اولیه تحت نام تجاری باکلیت (Bakelite) که از فنول-فرمالدئید و گرد چوب درست شده بود، وارد بازار شد که نخستین استفاده تجاری آن به عنوان دست دنده برای رولزرویز در سال 1916 میلادی بود.
پیدایش صنعت چوب پلاست (WPC=Wood-Plastic Composites) شامل پیوند دو صنعت چوب و پلاستیک است که به لحاظ تاریخی، اطلاعات اندک و بسیار متفاوتی از ویژگیها و دورنماهای هر یک از آنها در دست داریم. کامپوزیت‌های چوب پلاست در کشور ایالت متحده آمریکا برای چند دهه تولید شده و این صنعت رشد شگرفی را در سال‌های اخیر تجربه کرده است.
صنعت پلاستیک دارای دانش چگونگی تهیه پلاستیک است و به طور سنتی از طلق، کربنات کلسیم، میکا، شیشه و یا فیبرهای کربن و به طور سالیانه حدود 5/2 میلیارد کیلوگرم بتونه برای تولید شیشه استفاده می‌کرده است. این صنعت، نسبت به استفاده از چوب و یا دیگر فیبرهای طبیعی مانند کنف و کتان بی‌میل بود. گرچه این فیبرها از منابع تجدید شدنی و ارزان‌تری به دست می‌آمدند و سبک‌تر و دارای زبری کمتری برای تولید وسایل، نسبت به بتونه‌های عرفی بودند، بیشتر تولید کنندگان پلاستیک از چوب به دلیل تراکم و ثبات گرمایی پائین و تمایل به جذب رطوبت صرف نظر می‌کردند.

کامپوزیت‌های چوب پلاست (WPC) چندین دهه است که در کشور ایالات متحده آمریکا تولید می‌شوند و بدین لحاظ از قدمت بیشتری نسبت به سایر کشورها برخوردار است و این محصولات تنها در دهه اخیر در اروپا تولید شده‌اند. هرچند عمده رشد این صنعت در ایالات متحده بسیار نوپا بوده و مربوط به چند دهه اخیر می‌باشد، اما در این سال‌ها، این صنعت از رشد قابل توجهی برخوردار بوده است. قدمت تولید چوب پلاست در ایالات متحده آمریکا به سال 1983 میلادی، زمانی که یک انبار چوب آمریکایی که اکنون بخشی از شرکت لیر (Lear) در شیبویگان ویسکانسین (Wisconsin) است شروع به تولید مکانیزه تخته‌هایی با لایه‌های درونی با استفاده از تکنولوژی اکستروژن ایتالیایی نمود، بر می‌گردد. در این سال، پلی‌پروپیلن به همراه تقریباً 50% گرد چوب (خاک اره) در داخل دستگاه اکستروژن جهت تولید صفحه صاف ریخته می‌شد که بعداً در شکل‌های مختلف برای مصارف گوناگون استفاده می‌شد که این یکی از نخستین کاربردهای عمده تکنولوژی WPC در آمریکا بود.
به طور کلی ذکر این نکته حائز اهمیت است که دورنمای برخی از صنایع پلاستیکی به نحو حیرت‌آوری در دهه اخیر تغییر نموده‌است. توجه به این صنعت با موفقیت‌های به دست آمده از چند محصول WPC و آگاهی‌ها و درک بیشتر از چوب و توسعه تولیدکنندگان تجهیزات و تدارکات اضافی و شانس حضور در بازارهای جدید به ویژه در بخش ساختاری در ساختمان‌های بزرگ تحریک شده‌است. صنایع محصولات جنگلی به خوبی در حال تغییر دورنمای خود هستند. آنها عقیده دارند WPC به عنوان راهی برای افزایش پایداری چوب با هزینه نگهداری اندک در بخش مصرفی (یکی از بزرگ‌ترین نکات فروش) می‌باشد. بعضی از شرکتهای فرآورده‌های جنگلی نیز در حال آغاز تولید تخته WPC هستند و شرکتهای دیگر در حال توزیع این محصول هستند.
معرفی محصول:
اصطلاح کامپوزیت‌های چوب پلاست (Wood-Plastic Composites) به کامپوزیت‌هایی اطلاق می‌شود که از چوب (در هر شکلی) و ترموسِت‌ها یا ترموپلاستیک‌ها تشکیل شده‌اند. محصول شرکت سورنا پلاست شرق و با نام تجاری ORIM WOOD نیز از ترکیب چوب و ترموپلاستیک‌ها می‌باشد که اصطلاحاً به پلی‌وود (PolyWood) نیز معروف است. همانطور که در ادامه خواهد آمد، از این ترکیب، محصولات بسیار متنوع و متفاوتی جهت مصرف در صنایع مختلف به دست می‌آید. ترموسِت‌ها، پلاستیک‌هایی هستند که یک‌بار بازیافت شده‌اند و نمی‌توان آنها را با گرمادهی مجدد ذوب کرد. این مواد که شامل رزین‌هایی مانند اپوکسی‌ها و فنولیکس‌ها می‌باشند، در حقیقت پلاستیک‌هایی با مشابهت زیاد به فرآورده‌های صنعتی جنگلی (چوبی) هستند. کامپوزیت‌های چوب پلاست مواد ترکیبی حقیقی بوده و ویژگی‌های تمام مواد ترکیبی را دارا هستند. آنها سختی و قدرت را از ویژگیهای چوب و پلاستیک گرفته‌اند اما تراکم آنها غالباً بالاتر از آن‌دو است. ویژگی این مواد به طور مستقیم از ساختار آنها گرفته می‌شود، یعنی آنها ترکیبی درونی از عناصر چوب و پلاستیک هستند. پلاستیک به طور مؤثر سطح روی چوب را به عنوان یک لایه نازک می‌پوشاند. مقاومت بالای این کامپوزیت در برابر رطوبت (7% آب جذب می‌کند که در مقایسه با چوب درخت کاج که 2/17% آب جذب می‌کند، بسیار ناچیز است) نتیجه مستقیم ساختار آن است. رطوبت تنها می‌تواند در بخش‌های روباز چوب جذب شده و امکان انتقال به محدوده پلاستیک را ندارد. در نتیجه این کامپوزیت (WPC)، نسبت به رطوبت بسیار مقاوم بوده و از هجوم قارچ‌ها و حشرات نیز در امان است. ویژگیهای WPC را می‌توان با تغییر گونه‌های چوب و یا پلاستیک، با نیازهای محصول منطبق ساخت که این امر خود یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های این محصول به شمار می‌آید.
یکی دیگر از ویژگی‌های بارز کامپوزیت چوب پلاست، سازگاری با محیط زیست است. فشار محیط زیست در مورد بازیافت و افزایش دوام، بر صنعت هر روزه در حال افزایش است. افزایش طول عمر و دوام مواد ساختمانی همچون چوب از ضروریات است. برای استفاده‌کنندگان فرآورده‌های پلاستیکی، کاهش وابستگی به مواد پتروشیمیایی یک ضرورت است. چرا که هزینه مواد خام آنها به طور دائم و چرخه‌ای در حال افزایش است و مصرف کنندگان فرآورده‌های چوبی نیز باید کارآمدی منابع را افزایش داده و ضایعات مواد خامی را که به طور اجتناب ناپذیر بوجود می‌آید، دوباره مورد بازیافت قرار دهند. این کامپوزیت‌ها در مقایسه با فرآورده‌های سنتی چوب، بیش از 40% بر میزان کارآیی آن می‌افزایند. این مواد دارای فواید دیگری نیز برای محیط زیست هستند که عبارتند از:
• دارای ضایعات ناچیزی بوده و همان ضایعات اندک نیز قابلیت بازیافت و استفاده مجدد را دارند.
• این کامپوزیت‌ها دارای هیچگونه گاز فرمالدئید یا ترکیبات آلی ناپایدار نمی‌باشند.
• این مواد قابل بازیافت بوده و پس از اتمام دوره کارآئی‌شان بازهم می‌توانند به کار گرفته شوند.
• ضایعات این‌گونه مواد خطرناک نبوده و می‌توان آنها را با استفاده از روش‌های استاندارد تخلیه نمود.
از جمله سایر خواص و ویژگی‌هایی که این کامپوزیت و محصولات حاصل از آن دارند می‌توان به دوام، سختی و انبساط خطی مناسب اشاره نمود.
موارد مصرف و کاربرد:
این محصول به دلیل خواص و ویژگی‌هایی که دارد، دارای کاربرد بسیار متنوع و گسترده است، چرا که از این کامپوزیت محصولات بسیار متنوعی را می‌توان تولید نمود. محصولات تولیدی از این کامپوزیت‌ها مورد مصرف بخش‌های مختلفی از قبیل ساختمان‌سازی، خودروسازی (وسایل تزئینی داخلی)، دکوراسیون، راه‌آهن، کشتی‌سازی (عرشه) و ... می‌باشد.
کاربرد کنونی این کامپوزیت‌ها بیشتر به مواردی همچون تزئین، روکش‌کاری، چهارچوب‌ها و قالب‌های پنجره باز می‌گردد و از آنجایی که کامپوزیت‌های چوب پلاست (WPC) ترکیبی از فیبرها، مواد پلاستیکی و مواد افزودنی هستند، لذا می‌توان بسته به نوع کاربرد محصول، خواص مد نظر مصرف کننده از قبیل مقاومت در برابر آتش، اصطکاک، عایق صوت بودن، استحکام و سختی مناسب و ... را در آن لحاظ نمود که این امر خود از برتری‌ها و ویژگی‌های خوب این محصول به شمار می‌آید. کامپوزیت‌های چوب پلاست به روش اکستروژن و با قالب‌های متنوع، به شکل نهایی تبدیل می‌شود. این کامپوزیت‌ها محصولات چوبی هستند که نیازی به فرآوری بعدی ندارند و در برابر شرایط جوی، رطوبت و قارچ‌ها مقاوم هستند. از این رو برای استفاده در فضای باز که الوارهای پرداخت نشده کارآیی نداشته، بسیار مناسب هستند. همچنین این محصولات دارای خواص پلاستیکی هستند که از نظر محیط زیستی و عملکرد، بسیار ممتاز هستند. از کامپوزیت‌های چوب پلاست همچنین برای استعمال در داخل و خارج ساختمان نیز بهره می‌گیرند. موارد مصرف این کامپوزیت‌ها در کشورهای صنعتی پیشرفته به گونه‌ای است که در اکثر صنایع کاربرد دارند. بطور مثال این کامپوزیت‌ها در ساخت سفال‌های سقفی، اسکله دریایی، ملزومات اداری، ابزارآلات، قالب‌ها، الوارهای سقفی و سایر محصولات استفاده می‌شوند.
همان‌طور که اشاره شد موارد مصرف از این کامپوزیت‌ها بسیار گسترده و متنوع است اما به نظر می‌رسد کاربرد بارز این محصول در تخته‌های کف (Deck)، الوار، مبلمان اداری، چهارچوب‌ها، پروفیل و اجزاء در و پنجره، قرنیزها، نرده‌ها، قفسه‌بندی، عرشه کشتی‌ها، باراندازهای بندر، روکش‌کاری عمودی و افقی نمای ساختمانها، تابلوی مغازه‌ها، داخل قایق‌ها، تراورس‌های ریل راه‌آهن، کابینت و پیشخوان آشپزخانه و ... می‌باشد که البته مصارف ساختمانی، عمده بازار مصرف این محصول را تشکیل می‌دهد.
بررسی کالاهای جایگزین و تجزیه و تحلیل اثرات آن بر مصرف محصول:
بسیاری از تولیدکنندگان در و پنجره به طور جدی به کامپوزیت‌های چوب پلاست به عنوان یک جایگزین مناسب برای چوب می‌نگرند. قطع درختان، به عنوان ماده رایج برای ساخت در و پنجره‌های چوبی، به طور فزاینده نگران کننده است. چرا که قطع این درختان جهت بریدن چوب و چسباندن آن کنار هم می‌باشد. سپس مواد بهم چسبیده، خرد شده و به قطعات صحیحی تکه می‌شوند تا در سر هم کردن در و پنجره مورد استفاده قرار گیرند. این مراحل هزینه‌ها و ضایعات چوب را افزایش می‌دهند اما نخستین پروفیل وارد شده (از جنس کامپوزیت) در این زمینه، الوارهایی هستند که بصورت پروفیل‌های استاندارد همانند چوب مورد استفاده قرار می‌گیرند. تولید این مواد با ضایعات کمتری نسبت به چوب همراه است و تراشه‌های آنها را می‌توان بطور مستقیم بازیافت کرد و به محصول تبدیل نمود.
اهمیت استراتژیکی چوب پلاست در دنیای امروز:
چوب پلاست یک کالای عمومی و پرمصرف در جهان است که همانند سایر کالاها تولید و مصرف می‌شود. لیکن در صورتی که نگاه دقیق به زنجیره تولید و مصرف این کالا شود، نتیجه‌ می‌گیریم که این کالا از اهمیت بسیار بالا در جوامع بشری برخوردار است که دلایل آن را می‌توان این چنین تشریح کرد:
• الف) تولید چوب پلاست به سلامت محیط زیست کمک می‌نماید:
ماده اولیه تولید چوب پلاست انواع فیبر و الیاف گیاهی و پلیمرها می‌باشند که اولاً بخش عمده این مواد را الیاف گیاهی تشکیل می‌دهند و ثانیاً این الیاف می‌تواند هر نوع ماده کشاورزی اعم از خاک اره، باگاس (ساقه نیشکر)، سبوس گندم، پوسته برنج، پوست خشکبار (از قبیل گردو، پسته، فندق و بادام و...) باشد. بنابراین با این کار میزان مصرف پلاستیک‌ها که در محیط تجزیه ناپذیر می‌باشند، کمتر می‌شود.
• ب) ایجاد کالایی با ارزش افزوده بالا از مواد کشاورزی با ارزش کمتر:
بازیافت و تبدیل الیاف طبیعی با ارزش کمتر، یکی دیگر از مزیت‌های این کار است که در سطح ملی می‌توان از آن به عنوان یک طرح مفید یاد کرد.
• ج) کاهش ضرورت قطع درختان:
چوب بطور مستقیم از درخت حاصل می‌شود. لذا با توسعه جمعیت کشورها، نیاز بازار به چوب بیشتر شده و برای تأمین آن لازم است درختان بیشتری قطع گردد و این موضوع با توجه به محدودیت جنگل در کشور، بسیار حائز اهمیت است. تولید محصولات چوب پلاست سبب کاهش نیاز بازار به چوب طبیعی شده و در نهایت ضرورت قطع درختان کاهش پیدا می‌کند.
کشورهای عمده تولید کننده و مصرف کننده:
عمده تولید کننده چوب پلاست در دنیا، کشور ایالات متحده آمریکا است که در واقع مخترع و بزرگترین تولید کننده این محصول در دنیا است. البته لازم به ذکر است که در دهه‌های اخیر کشورهای اروپایی نیز به تولید این محصول روی آورده‌اند، لیکن کشور آمریکا همچنان پیشتاز است. همچنین شایان ذکر است که کشور آمریکا علاوه بر اینکه بزرگترین تولید کننده این محصول است، بزرگترین مصرف کننده آن نیز می‌باشد و البته در سایر نقاط دنیا از جمله کشورهای اروپایی نیز مورد مصرف قرار گرفته است.
کامپوزیتهای چوب پلاست (Wood-Plastic Composites) که امروزه به اختصار WPC نامیده می شوند، کامپوزیتهایی هستند که از ترکیب موادی همچون الیاف چوب طبیعی، پلاستیک و ترموپلاستیک ها و نوعی آرد مخصوص ساخته می شوند.
چوب پلاست (Poly Wood)، نوع بسیار جدیدی از این گروه محصولات است که در تولید آن از دو بخش مواد استفاده می شود. در بخش چوب از مواد اولیه ای مانند الیاف تفاله، پوسته بادام زمینی، بامبو و کاه و در بخش پلاستیک از پلی اتیلن، پی وی سی و پلی پروپیلن ها استفاده می شود.
این مواد پس از ترکیب، در دستگاه های اکسترود تشکیل یک خمیر قوام گرفته را می دهند که ماده اولیه این نوع کامپوزیت هستند. پس از تشکیل این ماده اولیه و تهیه پروفیل ها و مقاطع مورد نیاز، هر نوع رزین و مواد ترکیبی نیز به آنها افزوده می شود و در آخرین مرحله این مواد در قالب ها شکل گرفته و خشک می شوند.
از جمله مزایای این کامپوزیت ها می توان موارد ذیل را بر شمرد :
• 100% ضد آب و رطوبت؛ با خيال راحت ميتوانيد چوب پلاست (WPC) را در محيطهاي مرطوب و نم دار استفاده کنيد چرا که وجود پلاستيک و فشر دگي زياد WPC و ترک نخوردن در طول زمان، آن را از آثار مخرب رطوبت حفظ مي کند.
• عایق کامل هر نوع اشعه و امواج رادیو مغناطیسی ، صوت ، گرما و سرما
• آنتی باکتریال ، مقاوم در برابر جذب و نفوذ هر نوع میکروب و باکتری ، مقاوم در برابر نفوذ هرنوع اسید ، مایعات و چربی ها
• کمترین انبساط و انقباض در شرایط مختلف آب و هوایی
• استقامت بسیار بالا ، وزن سبک و مقاوم در برابر هر نوع ضربه و خش
• غیر قابل اشتعال و مقاوم در برابر حریق ، عدم امکان بروز هر نوع اتصال و جرقه؛ WPC بدليل چگالي و استفاده از مواد کند سوز کننده، بسيار ديرتر از حالت عادي شعله ور مي گردد.
• بدون مواد سمی؛ بهتر است بدانید MDF تا زمانی که در طبیعت موجود است، به دلیل استفاده از چسب اوره، از خود گاز سمی فرم آلدئید متصاعد می کند که سرطان زا است ولی فرمولاسيون WPC در خود هيچ ماده سمي را جاي نداده و به همين علت است که اين محصول، سبز بوده و براي تمام اعضاي خانواده مناسب است.
• دارای حداقل عمر مفید 30 سال بدون هیچگونه تغییر شکل ، کسر مقاومت و تغییر مشخصات ظاهری
• کاملا قابل شستشو و تمیز کردن با انواع پاک کننده ها و مواد شوینده
• مقاوم در برابر نفوذ حشرات و جانورانی مانند موریانه و موش؛ هيچ حشره اي علاقه به خوردن و مصرف پلاستيک ندارد و اين همان دليلي است که در کنار فرمولاسيون مخصوص ضد موريانه، WPC را از گزند حشرات حفظ مي کند.
• 100% قابل بازیافت و کاملا هماهنگ با محیط زیست؛ 95 درصد از مواد اوليه WPC از منابع بازيافتي است و اين بدان معني است که نه تنها درختان بخاطر چوبشان از بين نمي روند بلکه پلاستيک نيز براي توليد اين محصول بازيافت مي شود. براي هر تن از اين محصول، 450 کيلوگرم پلاستيک و 500 کيلوگرم خورده چوب بازيافت مي شود.
• مقاومت بالا در برابر ضربه و فشار اجسام خارجی و همچنین عدم ترک خوردگی
• حفظ جنگل ها و درختان؛ ما براي تولید WPC از سر شاخه خرما استفاده می کنیم که از دو جهت دارای مزیت است: 1- استفاده از مواد ضایعاتی که در منطقه سوزانده می شود 2- مقاوم به آب بودن ذاتی سر شاخه خرما که این مهم باعث جلوگیری از قطع درختان و در نتیجه کم شدن گاز های گل خانه ای که دلیلی بر گرم شدن زمین می باشد شده است.
• زیبایی و گرمی چوب طبیعی؛ کامپوزیت WPC با داشتن چوب طبيعي در خود، همان گرمي و زيبايي و حس چوب طبيعي را در کنار محاسن پلاستيک برايمان به ارمغان مي آورد. بنابراين ميتوان همزمان با استفاده از WPC هم زيبايي و گرمي چوب را داشته هم مقاومت پلاستيک به شرايط جوي را دارا است.
• فناوری پیشرفته؛ WPC کامپوزيتي است که در نهايت دقت طراحي و توليد مي گردد. فرمولاسيون کاملا علمي آن که توسط مراکز معتبر تاييد شده آنرا از ديگر رقيبان خود متمايز مي سازد. تمايز WPC از ديگر رقيبان خود بدليل حساسيت ما در طراحي محصولاتي استثنايي با کيفيت بسيار بالا است. دلايلي که اين کامپوزيت را از ديگر رقيبان متمايز مي کند استفاده از فناوري هاي پيشرفته توليد و فرمولاسيون آن است.
• بدون نیاز به نگهداری؛ WPC تقريبا نياز به هيچ گونه نگهداري ادواري نداشته و اگر بطور مرتب با آب و يک شوينده سبک شسته شود تا سالها زيبايي و جلاي خود را حفظ خواهد کرد

 گرد آورنده : علی دانشگر