اثر كاربرد الياف معدني بر هيدراتاسيون و خواص تخته فيبر - گچ حاصل از الياف كنف و باگاس

Application effect of mineral fibers on hydration and properties of gypsum - bonded fiberboard manufactured from kenaf and bagasse fibers

سابقه تحقيق: با توجه به مزاياي خاص مواد ليگنوسلولزي، جايگزيني تقويت كنندههاي معدني (الياف شيشه و يا الياف آزبست) توسط الياف آلي مانند سيسال 1، خمير كرافت يا فيبرهاي سلولزي ميتواند صورت گيرد. اما استفاده از الياف طبيعي داراي معايبي ميباشد كه ميتواند باعث كاهش سرعت گيرايي گچ كه در نتيجه انحلال تركيبات محلول در آب الياف ميباشد شود. اين در حالي است كه كمبود مواد چوبي در كشور، ارزان بودن و فراواني منابع ليگنوسلولزي در طي فصول سال چند نمونه از دلايل عمده استفاده از ضايعات كشاورزي مي باشد. از اين رو، در اين مطالعه امكان ساخت تخته فيبر- گچ از الياف باگاس ،(.Saccharum officinarum L)، الياف كنف (.Hibiscus cannabinus L) و الياف شيشه صنعتي مورد بررسي قرار گرفت. مواد و روش ها: نسبت الياف باگاس و كنف هر كدام در سه سطح 0،7/5 و 15 درصد و الياف شيشه نيز در سه سطح 0، 3 و 6 درصد به عنوان متغيرهاي تأثيرگذار بر خواص مكانيكي و فيزيكي تخته فيبر- گچ با دانسيته اسمي g/cm 1/10 مورد بررسي قرار گرفت. فرآيند ساخت مورد استفاده فرآيند نيمه خشك بود. ابتدا آب حاوي اسيد سيتريك (99/5 درصد آب + 0/05 اسيد سيتريك 100 درصد) بر روي الياف خشك اسپري شد. پس از هم زدن ذرات ماده ليگنوسلولزي در يك همزن آزمايشگاهي به مدت 5 دقيقه، گچ بر روي آن پاشيده و مجدداً در همزن با دور گردش زياد كاملاً با هم مخلوط شدند. سپس مخلوط در قالب چوبي با ابعاد 30 × 30 سانتي متر ريخته شد و زير پرس سرد با فشار حدود MPa 3 به مدت 48 ساعت قرار گرفت. پس از خارج نمودن تخته ها به مدت 5 روز به منظور متعادل سازي رطوبت در هواي آزاد نگهداري شدند. تخته ها براي تكميل سخت سازي و رسيدن به مقاومت حداكثر در آون با درجه حرارت 50 درجه سانتيگراد به مدت 4 ساعت خشك شدند. خشك كردن تخته ها تا رطوبت 5 الي 7 درصد ادامه يافت. پس از اتمام فرايند ساخت، خواص فيزيكي و مكانيكي تخته ها آزمون و نتايج در قالب روش سطح پاسخ و بر اساس مدل رگرسيوني چند مرحله ايي درجه دوم تحليل گرديد. يافته ها: نتايج نشان داد كه يك تطابق ايده آل بين مقادير پيشبيني شده و داده هاي مشاهده شده وجود دارد، به طوري كه با افزايش الياف باگاس و كنف مدول گسيختگي، مدول الاستيسيته و چسبندگي داخلي افزايش و واكشيدگي ضخامت و جذب آب بهبود يافت. نتيجه گيري: نتايج آزمون تعيين ميزان حرارت و نيز زمان هيدراتاسيون خمير گچي نشان داد كه با افزايش مواد استخراجي موجود در مواد ليگنوسلولزي ميزان حرارت و زمان گيرايي مخلوط به ترتيب كاهش و افزايش يافت.

Background and aims: With respect to the special advantages of lignocellulosic materials, substitution of mineral reinforcement agents (fiber glass, asbestos and etc.) by organic-based fibers such as sisal, cellulosic fibers can be performed. However, using these natural fibers has some defects which could decrease curing and hardening speed of gypsum due to dissolution water-soluble extractives of fiber, while wood material's shortages in country, cheapness and abundance of lignocellulosic resources during the seasons of the year are some reasons of using agricultural waste. Hence, in this research the possibility of gypsum-bonded fiberboard production from bagasse, kenaf and synthetic fiber (fiber glass) was investigated. Materials and methods: Any of bagasse fiber and kenaf fiber at three levels of 0, 7.5 and 15% (based on the dry weight of panels) and fiber glass at three levels of 0, 3 and 6% as effective variables on the physical and mechanical properties of gypsum-bonded fiberboard manufactured with gypsum to inorganic or organic fibers ratio of 1:2.75 and nominal density of 1.10g/cm3 were evaluated. Production methods of panels was semi-dry process. At first, water containing citric acid (99.50% water+0.5% acid) was sprayed on the dry fibers. After agitating fibers in the laboratory blender for 5min, gypsum was added to fibers and mixed together in the blender with high circuit speed again. Then, admixture poured into the wood mould with a dimension of 30×30 cm and pressed under cold press with pressure of 3MPa for 48 hours. After discharging, panels were treated at the fresh air condition for 5 days in order to climatization. Then, panels set in oven dryer with temperature of 50°C for 5 hours in order to complete hardening and reach to maximum strength. Drying the panels continued to 5-7% humidity. After ending manufacture process, physical and mechanical properties of panels tested and result was analyzed by response surface methodology based on second order polynomial regression model. Finding: results showed that there is a good conformity between predicted and estimated values, so with increasing bagasse and kenaf fibers MOR and IB increased. Results: Results of determination of hydration temperature and time of gypsum paste test showed that with increasing extractives of lignocellulosic materials temperature and hardening time of complex decreased and increased, respectively.