چهار نوع از رزین های تجاری شامل پلی ونیل استات (P.VA) ملامین اوره فرمالدئید (MVF) اوره فرمالدئید (UF) و ملامین فرمالدئید (MF) مورد استفاده قرار گرفتند در ساخت تیرهای روکش لایه ای (LVL) با روکش های تهیه شده از چوب تبریزی در آزمایشگاه برطبق استانداردها (D1037, D906, D5456)و ASTM در آزمایشگاه خواص فیزیکی و خواص مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفت.
مقاومت چسبندگی داخلی، برش کششی و مقاومت برش قیچی شدن block shear، نمونه های LVL ها با تسریع کننده های آزمایش مانند آب جوش و شرایط خیس کردن نمونه ها و تکرار آنها انجام شد. خواص مقاومتی تیرهای لایه ای (LVL) تهیه شده از گونه صنوبر و با اتصال چسب پلی ونیل استات با اتصال عرضی بهبود یافته بود و قابل مقایسه بود با چسب های ترموست، این مطالعه بطور واضح نشان می دهد که چسب پلی ونیل استات می تواند استفاده شود در ساخت تیرهای لایه ای (LVL) با خواص قابل قبول.
مقدمه
تیرهای لایه ای (LVL) بطور قابل قبولی از نظر تنوع و جزابیت مقایسه می شوند با چوب. به عنوان مثال افزایش پایداری در ابعاد، یکنواختی و بزرگی قدرت مکانیکی، بهبود توزیع خواهی تنشی، کاهش هزینه تولید، دسترسی به ابعاد بزرگ و جذابیت ظاهری از ویژگیهای تیرهای لایه ای (LVL) می باشد.
گونه های که مورد مصرف قرار می گیرند در ساخت LVL عبارتند از : افرا، دوگلاس فر، صنوبر Yellow poplar .
صنوبر Yellow poplar گونه ای سخت چوب با دانسیته پائین است که در شمال آمریکا فراوان می باشد، و مشخصاتی نظیر : دانسیته پائین، نرم، شکننده، کم دوام و به آسانی ماشین کاری می شود و بطور عمومی استفاده می شود برای ساخت اثاثیه، مبلمان، روکش و ساخت پالت. چندین گزارش و مطالعه خواص مهندسی، گونه صنوبر را مورد بررسی قرار داده است و پیشنهاد برای کاربرد این گونه در ساخت کابینت های آشپزخانه و لایه های کف سازی را مورد تأیید قرار داد.
بیشتر تیرها لایه ای LVL با روکش صنوبر از زمین فنل فرمالدئید برای تولید استفاده می کرد و گزارش از خواص ساخته شده با چسب های ترموپلاستیک قبلاً گزارش نشده بود. هدف از این تحقیق بررسی ارزیابی خواص آزمایشگاهی LVL های ساخته شده به ضخامت 10 میلی متر با استفاده از چسبهای ترموپلاستیک و چسبهای آمینو است. از مهمترین فواید و خصوصیات تیرهای لایه ای با استفاده از چسب های ترموپلاستیک عبارتند از : هزینه تولید پائین، نسبت به چسب های ترموست و عدم استفاده از فرمالدئید.
زیرا محصولاتی که ساخته می شوند ممکن است داخل ساختمان استفاده شوند و عدم استفاده از فرمالدئید از ویژگی های مهم این تیرهای لایه ای می باشد.
2- مواد و روش ها
1-2- روکش های چوبی
بیست سال قبل درختان صنوبر حاصل از جنگل های در میشیگان پس از قطع به طول 8/1 متر پوست کنی و بصورت لوله بری روکش های به ضخامت 2/0 ± 1/3 میلیمتر تهیه می شود. ابعاد کوره های خشکنی 50 × 600 سانتی متر بود و استفاده می شود. برای ساخت LVLهای سه لایه در آزمایشگاه ها و مقدار رطوبت روکش ها 1 ± 77% بود.
2-2- چسب
چهار نوع چسبی که خریداری شد برای مصرف عبارتند از : پلی ونیل استات، ملامین فرمالدئید، اوره فرمالدئید و ملامین اوره فرمالدئید.
اوره فرمالدئید و ملامین اوره فرمالدئید بصورت پودر بود و ملامین فرمالدئید بصورت مایع و چسب های پلی ونیل استات به صورت امولسیون. در جدول شماره 1 خواص چهار نوع چسب مصرفی آورده شده است.
3-2- فرایند تولید
یک روش چسب زنی استفاده از برسهای دستی بود که بر روی یک سطح روکش با برس چسب زده می شود. وزن روکش قبل از چسب زنی و بعد از چسب زنی محاسبه می شود تا مقدار چسب هر لایه معین گردد. برای تهیه سه لایه، دو خط چسب زنی بر روی روکش ها چسب می زدند. و روش دیگر به مدت دو دقیقه چسب بر روی روکش ها اسپری می شود این روش ها برای تهیهLVL به ضخامت 1 ± 10 میلیمتر بود. فرایند پرس توسط دو غلطک استیل پانل ها عبور می کردند. و میکرو پروسسور کنترل می کرد. دمائی غلطک ها را و پارامترهای تولید در جدول شماره 1 آورده شده است.
4-2- روشهای تست
تست های خواص فیزیکی و مکانیکی طبق (D1037, D906, D5456 (2008))انجام شد. خصوصیات LVL ها مانند : دانسیته، مقدار رطوبت، جذب آب (WA)، واکشیدگی ضخامت (TS)، مدول گسیختگی (MOR) ، مدول الاستیسیته (MOE)، سختی سطوح، مقاومت چسبندگی در روش(IB) مقاومت تنش برشی (TSS) و کشش برشی (BSS)تعیین شدن.
IB و TSS و BSS تستهای بودند که روی نمونه ها به طور مداوم دوره ای تکرار شد عمل خیساندن در آب و تسریع کردن آب جوش.
1-4-2- دانسیته
بیست نمونه به ابعاد 50/8 × 50/8 × 9/5 میلیمتر از دو پانل مورد استفاده قرار گرفت برای تعیین دانسیته و درصد رطوبت تعیین شدند.
2-4-2- جذب آب (WA) و واکشیدگی ضخامت(TS)
ابعاد نمونه ها 112 × 78 × 9/5 میلیمتر مورد استفاده قرار گرفت برای آزمون های WA و TS نمونه ها بدون آببندی شدن بودند و قوطه ور زیر آب در سطح 25 میلی متر سطح آب و درجه حرارت 23 ± 3 درجه سانتیگراد. اطلاعات مربوط به واکشیدگی ضخامت ثبت شد در یک کامپیوتر که کنترل می کرد (LVDT) را. دقت اندازه گیری 5/2 میکرومتر بود. زمان آزمون 2 ساعت و 244 ساعت اجراء شد.
3-4-2- خواص خمش Flexural properties
سه دوره تست طبق (D5456-06) روی نمونه های به طول 152 میلیمتر پهنا 25 میلیمتر و ضخامت 5/99 میلیمتر انجام شد. برای هر نوع LVL هشت نمونه مورد آزمایش قرار گرفت. فاصله دهانه 15 و اندکی کمتر از میزان پیشنهاد شده ??? مربوط به طول پانل ها بود. اما اثر استفاده کم دهانه در خواص خمشی معلوم نیست.
j– شرایط سیکل خیساندن در آب
یکی از سیکل های خیساندن شامل قراردادن در آب با درجه حرارت 22 درجه برای 24 ساعت و سپس خشک کردن در دمای داخل اتاق به مدت 24 ساعت. نمونه خشک شده در کوره در دمای 60 ± 2 درجه به مدت 244 ساعت و نمونه های کوره را سپس در مکانی با دمای 21 درجه و رطوبت نسبی 655% تا ثابت شدن وزن نگه داری می کنند. سه دوره خیساندن و خشک کردن در جریان کلی به مدت 72 ساعت انجام می پذیرد. تا نمونه ها آماده برای آزمایشها شود.
jj– شرایط تسریع کردن با آب جوش
نمونه های قوطه ور در آب سرد برای مدت دو ساعت درون آب جوش انتقال و نگه داری شدند. بعد از دو ساعت جوشیدن نمونه ها درون آب سرد با دمای 27 ± 2 درجه سانتی گراد انتقال یافتند. و خشک شدن در مدت 24 ساعت در دمای داخلی اتاق نمونه های خشک شده در هوای آزاد «دمای اتاق» درون کوره با دمای 60 ± 2درجه سانتی گراد در مدت 24 ساعت قرار گرفتند و پس از آن در شرایط محیطی 21 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی 65% تا ثابت شدن وزن نمونه قرار گرفتند. این اعمال قبل از آزمونهای BSS و IB انجام می شود.
3- نتایج تحقیق
1-3- خصوصیات فیزیکی
خصوصیات و موارد مصرف چسب ها متفاوت می باشد. چسب ها استفاده می شوند به صورت متفاوت در ساخت تخته های LVL به عنوان مثال از چسب ملامین فرمالدئید استفاده می شود برای اتصال تخته های LVL .
1-1-3- دانسیته پروفیل تخته ها
میانگین میزان دانسیته نمونه ها در شرایط دمای 21 ± 2 درجه سانتیگراد و رطوبت نسبی %65 ± 5در لیست شماره 2 آورده شده است. میزان دانسیته LVLها بین 550-590 کیلوگرم بر مترمکعب و میزان دانسیته روکش ها 490 ± 20 کیلوگرم بر مترمکعب و درصد رطوبت تعادل 10 ± 2 درصد بود.
دانسیته LVL های ساخته شده بیشتر بود نسبت به دانسیته روش گونه مصرف شده. دلیل این اختلاف دانسیته، کاهش حجم در طی پرس و همچنین سهم دانسیته بالای چسب موردمصرف می تواند باشد.
دانسیته LVL با چسب پلی ونیل استات %12 بیشتر از روکش مصرفی و به میزان 14 درصد بیشتر از LVL با اتصال چسب اوره فرمالدئید و 18 درصد بیشتر از ملامین فرمالدئید 20 درصد بیشتر ازLVL ها با اتصال چسب ملامین اوره فرمالدئید بوده. این افزایش به نوع چسب و دانسیته اول چسب مربوط بوده است و در جدول شماره 1 آورده شده است.
بنابراین سهم دانسیته چسب در افزایش دانسیته LVL غیرقابل چشم پوشی می باشد. و این پارامترها را در ساخت و تولید LVL ها باید در نظر گرفت.
دانسیته پروفیل های نمونه ها : نشان می دهد تفاوت بین دانسیته پروفیل ها و رابطه آنها با چسب مصرفی در هر پروفیل را. دانسیته چسب کامپوزیت های چوبی به عملکرد چسب ها که شامل میزان سرعت گیرایی و دانسیته اولیه چسب مصرفی و فرآیند پرس که شامل فشار پرس، درجه حرارت و زمان پرس می باشد بستگی دارد.
رابطه بین میزان ماکزیمم دانسیته چسب در LVL ها مورد مطالعه قرار گرفت :
میزان بالای دانسیته اولیه چسب های ملامین اوره فرمالدئید می تواند باعث بالارفتن دانسیته LVL های ساخته شده با این چسب شود و پائین بودن وزن مخصوص اولیه چسب پلی ونیل استات نسبت به MUF می تواند باعث تولید LVL های با دانسیته پائین تر می گردد.