ﺗﺄﺛﯿﺮ ﻧﻮع و ﻣﻘﺪار ﮔﺮاﻧﻮل ﻫﺎي ﭘﻠﯽ اﺳﺘﺎﯾﺮﻧﯽ ﺑﺮ وﯾﮋﮔﯽ ﻫﺎي ﻓﯿﺰﯾﮑﯽ و ﻣﮑﺎﻧﯿﮑﯽ ﭼﻨﺪﺳﺎزه ﻫﺎي ﺳﺒﮏ وزن ﭼﻮﺑﯽ

Effect of the polystyrene granules type and content on the physical and mechanical properties of the lightweight wood-based panels

سابقه و هدف امروزه توليد اوراق فشرده چوبي با دانسته كمتر (حدود 25 درصد كمتر نسبت به پانل هاي معمولي) بدليل افزايش بي رويه قيمت چوب و همچنين نياز بازار به محصولات سبك وزن بسيار مورد توجه صنايع اوراق فشرده چوبي در دنيا مي باشد. براي توليد چند سازه هاي سبك وزن چوبي، مواد و روش هاي مختلفي در سال هاي اخير مورد استفاده قرار گرفته است. در اين بين، استفاده از مواد اوليه سبك وزن و پر حجم مانند مواد پليمري بسيار سبك بيشتر مورد توجه محققين و توليدكنندگان براي كاهش دانسيته اوراق فشرده چوبي بوده است. استفاده همزمان از خصوصيات و ويژگي هاي منحصر به فرد دو يا چند ماده متداول چوبي براي توليد چند سازه هاي چوبي سبك وزن نيز مي تواند بهبود عملكرد فرآورده توليد شده را نيز به همراه داشته باشد. هدف از تحقيق حاضر، توليد و ارزيابي چند سازه هاي سبك چوبي متشكل از لايه هاي سطحي الياف و لايه مياني از مخلوط خرده چوب و گرانول هاي پلي استايرني بوده است. از آنجا كه تاكنون در هيچ مطالعه اي، مقايسه اي بين نوع و درصد گرانول هاي پلي استايرني قابل انبساط و از پيش منبسط شده بر ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي چند سازه هاي سبك چوبي صورت نگرفته است، در اين تحقيق به بررسي آن ها پرداخته شده است. مواد و روش ها چند سازه هاي سبك چوبي با دانسته 520 كيلوگرم بر مترمكعب با لايه هاي سطحي الياف و لايه مياني از مخلوط خرده-چوب و گرانول هاي پلي استايرني تشكيل شد. براي ساخت تخته ها، از گرانول هاي پلي استايرني در دو نوع از پيش منبسط شده و قابل انبساط و هر كدام در درصدهاي مختلف (5، 10 و 15 درصد وزن خشك خرده چوب هاي لايه مياني) استفاده شد. در اين تحقيق، ويژگي-هاي مكانيكي (مقاومت خمشي، مدول الاستيسيته، چسبندگي داخلي، مقاومت به پيچ) و فيزيكي (درصد واكشيدگي ضخامت و جذب آب) نمونه هاي آزموني مورد بررسي قرار گرفت. يافته ها اطلاعات به دست آمده نشان دادند كه استفاده از گرانول هاي پلي استايرني در لايه مياني باعث بهبود ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي نمونه ها نسبت به نمونه شاهد (بدون گرانول) شد. مدول الاستيسيته در نمونه هاي حاوي گرانول هاي از پيش منبسط شده بسيار بيشتر از نمونه هاي حاوي گرانول هاي قابل انبساط بوده است، اما ساير ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي تفاوت خيلي زيادي در نوع گرانول مصرفي نداشته اند. افزايش درصد گرانول تا 15 درصد نيز تاثير مثبتي بر چسبندگي داخلي، مقاومت به پيچ و ويژگي هاي فيزيكي نمونه ها داشته است. درصد واكشيدگي ضخامت و درصد جذب آب نمونه ها در صورت استفاده از گرانول هاي پلي استايرني به طور معني داري كاهش يافته است. نتيجه گيري افزايش درصد گرانول هاي پلي استايرني بيشترين تاثير را در چسبندگي داخلي و مقاومت به پيچ نمونه ها داشته است. نتايج آزمون ها در ارتباط با مقايسه نوع گرانول هاي از پيش منبسط شده و قابل انبساط نشان داد كه به استثناي مدول الاستيسيته و چسبندگي داخلي ساير ويژگي هاي فيزيكي و مكانيكي تفاوت خيلي زيادي در نوع گرانول مصرفي نداشتند. به عنوان نتيجه گيري كلي مي توان بيان داشت كه استفاده از گرانول هاي قابل انبساط، با توجه به حذف مرحله پيش منبسط شدن آن ها و همچنين افزايش بهره وري چسب براي توليد چند سازههاي سبك چوبي توصيه مي شود.

Background and objectives: Nowadays, production of wood-based panels with lower density (about 25% lower compared to those conventional panels) gained more interest all over the world due to increased price of raw wood and the market needs for lightweight panels. Several methods and materials were used to produce lightweight panels in recent years. Among all, using of light and voluminous materials like polymeric granules were attracted more interest to reduce the panels density. Simultaneous use of the unique properties of two or more conventional wood products can influence the final characteristics of the lightweight wood-based panels. The aim of the current study was the production of lightweight wood-based panels using wood fiber as the surface layers and a mixture of wood particles and polystyrene granulate as the core layer. A comparative study was done to see the effect of two types of polystyrene granules (expandable and pre-expanded granules) and the granules percentage on the physical and mechanical properties of the lightweight wood-based panels. Materials and methods: Hybrid-lightweight panels (520 kg/m3) were produced using wood fiber as surface layers and a mixture of wood particles and polystyrene granulate as core layer. The granules type were pre-expanded and expandable granules with different percentage (5, 10 and 15% based on oven dry mass of wood coarse particles). In this study, mechanical (bending strength, modulus of elasticity, internal bond, and screw withdrawal resistance) and physical properties (thickness swelling and water absorption) of the panels were evaluated. Results: The results showed that the physical and mechanical properties of panels were improved using polystyrene granules compared to that of reference panels (no granules). The modulus of elasticity was nearly doubled in case of pre-expanded granules, while other properties were nearly the same. Increasing the granules content up to 15 percent has a significant effect on the internal bond value, edge screw withdrawal resistance and physical properties (thickness swelling and water absorption). Thickness swelling and water absorption was significantly reduced with substitution of wood particles with polystyrene granules. Conclusion: The results showed that with increasing of polystyrene granules the internal bond and screw withdrawal resistance were improved. The results also showed that the granules types (expandable and pre-expanded granules) had no significant influence on the panels’ properties, except the modulus of elasticity and internal bond. As final conclusion, using of expandable granules can be favored for panels’ production due the elimination of pre-expansion process and increased binder effectiveness