پژوهش های علوم و فناوری چوب و جنگل (Feb 2019)
اثر تیمار حرارتی و اشباع اولیه چوب نراد با بوراکس بر مقاومت به آتش و رفتار حرارتی
Abstract
سابقه و هدف: چوب به دلیل زیبایی و در عین حال داشتن مقاومت بالا کاربردهای متعددی دارد؛ اما معایبی دارد که مصرف آن را محدود می‌کند. اصلاح چوب دانشی برای بهبود ویژگی‌های نامطلوب چوب است. اصلاح حرارتی چوب روش مفیدی برای بهبود ثبات ابعاد و افزایش مقاومت زیستی آن است. با اصلاح حرارتی مقاومت چوب در برابر آتش کاهش می‌یابد. آتش‌گیری از معایب عمده چوب است. مواد لیگنوسلولزی به دلیل بسپارهای دیواره سلولی می‌سوزند. واکنش‌های پیرولیز با افزایش دما پیش رفته و گازهای قابل اشتعال آزاد می‌شود. اشباع اولیه چوب با ترکیبات بور، راهکاری برای کاهش آتش‌گیری چوب تیمار حرارتی شده است. ترکیبات بور برای کندسوز کردن مواد سلولزی کارایی دارد. همچنین ترکیبات بور مقرون به صرفه، در دسترس، دوستدار محیط زیست و ایمن است. پژوهش حاضر با هدف بررسی اثر تیمار حرارتی و اشباع اولیه چوب نراد با بوراکس بر مقاومت به آتش و رفتار حرارتی و ثبات ابعاد آن انجام شد. مواد و روش‌ها: نمونه‌ها به ابعاد (شعاعی)20× (مماسی)100× (طولی)150 میلی‌متر تهیه شد و با محلول آبی بوراکس با غلظت 7% به مدت 40 دقیقه در سیلندر تحت فشار 4 بار اشباع شد. تیمار حرارتی خشک در 2 سطح دمای◦C 170 و◦C 190 و زمان 3 ساعت در آون صورت گرفت. شاخص‌های مقاومت به آتش شامل زمان شعله‌وری، زمان افروختگی، سطح کربونیزه و کاهش جرم مطابق استاندارد ISO 11925 بررسی شد. رفتار حرارتی با تکنیک آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) و گرماسنجی پویشی افتراقی (DSC) در اتمسفر هوا با سرعت روبش گرمایی 10 درجه سانتی‌گراد بر دقیقه از دمای اتاق تا ◦C600 بررسی شد. ثبات ابعاد نمونه-ها با آزمون غوطهوری بلند مدت محاسبه شد. یافته‌ها: با اعمال تیمار حرارتی، نمونه‌ها کاهش جرم پیدا کرد. در نمونه پیش اشباع شده با بوراکس، کاهش جرم ناشی از تیمارهای حرارتی کاهش یافت. تیمار حرارتی سبب کاهش زمان شعله‌وری شد. بوراکس سبب تاخیر در نقطه اشتعال چوب تیمار حرارتی شده گردید. ترموگرام‌های TGA نشان داد زغال باقی‌مانده در نمونه اشباع شده با بوراکس- تیمار حرارتی شده بیشتر از تیمارهای حرارتی بود. زغال همچون عایقی عمل کرده و از انتشار حرارت جلوگیری کرد. ترموگرام‌های DSC نشان داد در نمونه اشباع شده با بوراکس- تیمار حرارتی شده نسبت به نمونه تیمار حرارتی شده، سرعت تشکیل فرآورده‌های فرار به بیشینه مقدار خود در دمای کمتری رسید. بوراکس با قرارگیری در معرض حرارت، لایه شیشه‌ای تشکیل داده و از این طریق انتقال جرم گازهای قابل اشتعال را کاهش داد. نتایج غوطهوری بلند مدت نشان داد تیمار حرارتی با کاهش آبدوستی نمونه‌ها سبب کاهش واکشیدگی حجمی و جذب آب گردید. اشباع اولیه نمونه‌ها با بوراکس سبب افزایش آبدوستی و افزایش واکشیدگی حجمی و جذب آب شد. نتیجه‌گیری: چوب تیمار حرارتی شده مستعد آتش‌گیری شد و مقاومت آن در برابر آتش کاهش یافت. اشباع اولیه چوب نراد با بوراکس سبب تاخیر در نقطه اشتعال و زمان افروختگی و در نتیجه سبب افزایش مقاومت آن به آتش شد. سطح کربونیزه و کاهش جرم در نمونه اشباع شده با بوراکس- تیمار حرارتی شده از سایر تیمارها کمتر بود. آنالیز حرارتی نمونه‌ها حاکی از آن بود که نمونه تیمار حرارتی شده در مقایسه با نمونه اشباع شده با بوراکس- تیمار حرارتی شده، کاهش جرم ناگهانی داشت. بوراکس سبب افزایش مقاومت به تخریب حرارتی چوب اصلاح حرارتی شده، گردید و با تغییر مسیر پیرولیز چوب، سبب جلوگیری از گسترش شعله می-گردد؛ به بیان دیگر بوراکس دمای تخریب حداکثر را کاهش داد. اشباع اولیه چوب نراد با بوراکس و تیمار حرارتی آن، سبب کاهش ثبات ابعاد در مقایسه با نمونه تیمار حرارتی شده گردید. واژه‌های کلیدی: مقاومت به آتش، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA)، گرماسنجی پویشی افتراقی(DSC) ، ثبات ابعاد.
Keywords
