بررسی اثر اصلاح ترکیبی نانو نقره گرم آبی بر زمان پرس و خواص کاربردی تخته خرده چوب
چکیده
در این تحقیق اثر اصلاح ترکیبی نانونقره کلوئیدی-گرمآبی بر انتقال حرارت از صفحات پرس گرم به مغز کیک خردهچوب گونهی راش (Fagus orientalis)، خواص فیزیکی و مکانیکی تختهخردهچوب و تغییرات شیمیایی خردهچوبهای تیمار شده از طریق طیفسنجی FTIR بررسی شد. تیمار در 4 گروه شاهد، گرمآبی، نانو و نانو-گرمآبی انجام گردید. البته تیمار گرمآبی و نانو-گرمآبی در دو سطح حرارت 150 و 170 درجه سانتیگراد و دو سطح زمان 30 و 45 دقیقه انجام شد. در مجموع 10 سطح تیمار بهدستآمد. نانونقره کلوئیدی با غلظت ppm100 تهیهشد. مقاومتهای مکانیکی تختهها شامل مدولگسیختگی، مدولالاستیسیته و چسبندگی داخلی طبق استاندارد DIN-68763 و خواص فیزیکی تختهها شامل جذب آب و واکشیدگی ضخامت پس از 2 و 24 ساعت غوطهوری در آب طبق استاندارد EN-317 اندازهگیری شدند. بهمنظور بررسی اثر نانوذرات نقره بر انتقال حرارت تختههایی با زمان پرس 5 دقیقه ساختهشد و دما در لایه میانی کیک خردهچوب در هر 30 ثانیه توسط ترموکوپل ثبت گردید. تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM) حضور، سایز و پراکنش مناسب نانو ذرات کلوئیدی نقره در خردهچوب را به وضوح ثابت کردهاست. نتایج طیف سنجی FTIR شکست گروههای استیل همیسلولزها و کاهش مناطق آبدوست خردهچوبها اصلاح شده به روش گرمآبی و نانو-گرمآبی رانشان میدهد. اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی سرعت انتقال حرارت به لایههای میانی کیک را تسریع کرد. تیمار نانو-گرمآبی در دمای بالای (170 درجهسانتیگراد) و نیز در دقایق انتهایی پرس نسبت به نمونههای شاهد و گرمآبی بهبود انتقال حرارت معنیداری نشانداد. همچنین تختههای حاوی نانونقره نسبت به تمام سطوح تیمار در زمان کمتری (92 ثانیه) به دمای 100 درجهسانتیگراد رسید. نتایج نشاندادند تیمار نانو-گرمآبی منجر به کاهش مدولگسیختگی و چسبندگی داخلی، افزایش مدولالاستیسیته، کاهش جذب آب و بهبود واکشیدگی ضخامت تختهها گردید. بیشترین بهبود در خواص فیزیکی در تختههای ساختهشده با خردههای چوب تیمار شده به روش نانو-گرمآبی در دمای 170 درجه سانتیگراد و بهمدت 45 دقیقه مشاهدهشد. با افزایش دما و زمان تیمار، کاهش MOR و بهبود MOE محسوستر شد، اما با افزایش زمان تیمار در یک سطح دمایی IB کاهش بیشتری نشانداد. همچنین کلیه خواص فیزیکی و مکانیکی تختههای ساختهشده با خردهچوبهای اشباعشده با نانو نسبت به شاهد بیشتر بود.
کلمات کلیدی: نانونقره کلوئیدی-گرمآبی، تختهخردهچوب، انتقال حرارت، خواص فیزیکی و مکانیکی
فهرست مطالب
عنوان صفحه
فصل اول: مقدمه و کلیات
1-1- مقدمه........................................................................................................................................................................................................11
1-2- فرضیات پژوهش.....................................................................................................................................................................................13
1-3- اهداف پژوهش........................................................................................................................................................................................14
1-4- کلیات........................................................................................................................................................................................................14
1-4-1- راش.....................................................................................................................................................................................................14
1-4-2- تختهخردهچوب.................................................................................................................................................................................15
1-4-3- اصلاح چوب........................................................................................................................................................................................16
1-4-3-1- اصلاح حرارتی...............................................................................................................................................................................16
1-4-3-2- تیمار گرمآبی.................................................................................................................................................................................17
1-5- فناوری نانو...............................................................................................................................................................................................18
1-5-1- نانو ذرات..............................................................................................................................................................................................18
1-5-1-1- فرآیندهای تولید نانو ذرات........................................................................................................................................................19
1-5-1-2- نانو نقره..........................................................................................................................................................................................20
1-5-2- انتقال حرارت نانو ذرات فلزی.........................................................................................................................................................20
1-6- کلوئیدها....................................................................................................................................................................................................21
1-7- میکروسکوپ الکترونی (SEM)...........................................................................................................................................................22
فصل دوم: پیشینه تحقیق
3-1- اثر تیمار گرمایی بر خواص کاربردی چوب و فرآوردههای آن.......................................................................................................24
3-1-1- خواص فیزیکی....................................................................................................................................................................................24
3-1-2- خواص مکانیکی..................................................................................................................................................................................26
3-2- اثر نانوذرات فلزی بر خواص کاربردی چوب و فرآوردههای آن....................................................................................................30
3-2-1- اثر نانوذرات فلزی بر هدایت حرارتی............................................................................................................................................30
3-2-2- خواص فیزیکی..................................................................................................................................................................................32
3-2-3- خواص مکانیکی.................................................................................................................................................................................35
فصل سوم: مواد و روشها
3-1- عوامل متغیر............................................................................................................................................................................................40
3-2- عوامل ثابت..............................................................................................................................................................................................40
3-3- تهیه مواد اولیه........................................................................................................................................................................................41
3-3-1- تهیه خردهچوب.................................................................................................................................................................................41
3-3-2- تهیه مواد شیمیایی...........................................................................................................................................................................41
3-3-3- تهیه چسب مصرفی..........................................................................................................................................................................41
3-4- آمادهسازی ترکیبات آزمونی................................................................................................................................................................42
3-4-1- نانو نقره کلوئیدی..............................................................................................................................................................................42
3-5- فرآیند اصلاح...........................................................................................................................................................................................42
3-5-1 تیمار نانونقره........................................................................................................................................................................................43
3-5-2- تیمار گرمآبی و نانو-گرمآبی...........................................................................................................................................................43
3-6- طیف سنجی مادون قرمز (FT-IR)..................................................................................................................................................44
3-7- میکروسکوپ الکترونی (SEM)..........................................................................................................................................................44
3-8- ساخت تخته و ثبت دما در ضخامت کیک ......................................................................................................................................45
3-9- تهیه نمونههای آزمونی..........................................................................................................................................................................45
3-10- اندازهگیری خواص فیزیکی تختهها..................................................................................................................................................46
3-10-1- محاسبه تغییرات وزن و میزان ماندگاری نانو روی خردهچوب راش....................................................................................46
3-10-2- محاسبه واکشیدگی ضخامت و جذب آب.................................................................................................................................47
3-11- اندازهگیری خواص مکانیکی.............................................................................................................................................................47
3-11-1- خواصخمشی.................................................................................................................................................................................47
3-11-1-1- مدولگسیختگی (MOR)....................................................................................................................................................47
3-11-1-2- مدولالاستیسیته (MOE).....................................................................................................................................................48
3-11-2- چسبندگیداخلی (IB).................................................................................................................................................................48
3-12- تحلیل آماری........................................................................................................................................................................................48
فصل چهارم: نتایج
4-1- شناسایی و بررسی ساختاری خردهچوب (SEM و EDS)........................................................................................................50
4-2- طیف سنجی مادون قرمز (FTIR)....................................................................................................................................................53
4-3- اثر اصلاح ترکیبی نانو-گرمآبی بر روند انتقال حرارت....................................................................................................................55
4-4- خواص فیزیکی........................................................................................................................................................................................57
4-4-1- تغییرات وزن خردهچوب راش.......................................................................................................................................................58
4-4-2- جذب آب............................................................................................................................................................................................58
4-4-3- واکشیدگی ضخامت.........................................................................................................................................................................60
4-5- خواص مکانیکی.....................................................................................................................................................................................61
4-5- 1- خواص خمشی.................................................................................................................................................................................61
4-5-1-1- مدول گسیختگی........................................................................................................................................................................61
4-5-1-2- مدولالاستیسیته........................................................................................................................................................................62
4-5-2- مقاومت چسبندگی داخلی............................................................................................................................................................63
فصل پنجم: بحث و نتیجهگیری
5-1- نوآوری روش..........................................................................................................................................................................................66
5-1- تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM و EDS)............................................................................................................................67
5-2- طیفسنجی FTIR...............................................................................................................................................................................67
5-3- انتقال حرارت..........................................................................................................................................................................................68
5-4- خواص فیزیکی.......................................................................................................................................................................................70
5-5- خواص مکانیکی.....................................................................................................................................................................................72
5-5-1- خواصخمشی....................................................................................................................................................................................72
5-5-1-1- مدول گسیختگی.........................................................................................................................................................................72
5-5-1-2- مدولالاستیسیته.........................................................................................................................................................................73
5-5-2- چسبندگی داخلی............................................................................................................................................................................74
نتیجهگیری.........................................................................................................................................................................................................75
پیشنهادات.........................................................................................................................................................................................................76
منابع...................................................................................................................................................................................................................78
چکیده انگلیسی...............................................................................................................................................................................................86
فهرست شکلها
شکل 3-1- نانو نقره تولید شده....................................................................................................................................................................44
شکل 3-2- دستگاه اشباع مجهز به المنت حرارتی..................................................................................................................................45
شکل 3-3- نمایی از دستگاه میکروسکوپ الکترونی (SEM) واقع در آزمایشگاه رضایی................................................................46
شکل 4-1- تصویر SEM محلول کلوئیدی نانونقره تولید شده..............................................................................................................52
شکل 4-2- تصویر SEM خردهچوب اشباع شده با نانو ذرات نقره.........................................................................................................53
شکل 4-3- تصویر SEM خردهچوب شاهد.................................................................................................................................................53
شکل 4-4- طیف EDS خردهچوب اشباعشده با نانو.................................................................................................................................54
شکل 4-5- طیفهای FTIR نمونههای تیمار شده و شاهد.....................................................................................................................56
شکل 4-6- طیفهای FTIR نمونههای تیمار شده و شاهد.....................................................................................................................56
شکل 4-7- زمان رسیدن دما به 100 درجه سانتیگراد در تیمارهای مختلف....................................................................................58
شکل4-8- حداکثر دمای ثبت شدهی مغز کیک در سطوح مختلف تیمار.............................................................................................59
شکل 4-9- میانگین جذب آب پس از 2 ساعت غوطهوری.......................................................................................................................61
شکل 4-10- میانگین جذب آب پس از 24 ساعت غوطهوری.................................................................................................................61
شکل 4-11- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 2 ساعت غوطهوری.................................................................................................62
شکل 4-12- میانگین واکشیدگی ضخامت پس از 24 ساعت غوطهوری...............................................................................................63
شکل4-13- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول گسیختگی........................................................................................................................54
شکل 4-14- اثر سطوح مختلف تیمار بر مدول الاستیسیته.....................................................................................................................65
شکل 4-15- اثر سطوح مختلف تیمار بر مقاومت چسبندگی داخلی.....................................................................................................66
فهرست جدولها
جدول 3-1- مشخصات فنی چسب مورد استفاده.......................................................................................................................................33
جدول3-2- ابعاد و تعداد نمونههای آزمونی در هر تکرار و تیمار.............................................................................................................37
جدول4-1- نتایج کمی طیف EDS..............................................................................................................................................................54
جدول 4-2- اثر تیمارهای مختلف بر انتقال حرارت طی فرآیند پرس گرم...........................................................................................57
جدول 4-3- اثر تیمار نانو، گرمآبی و نانو-گرمآبی بر تغییرات وزن.........................................................................................................60
پایان نامه کارشناسی ارشد
و......
