چكيده: 

در اين تحقيق، اثر استفاده از ذرات نانومس بر برخي از خواص فيزيكي و مكانيكي گونههاي چوبي راش و نوئل كه تحت تيمار حرارتي بخارآب قرار گرفتند، مورد بررسي قرار گرفت. براي اين منظور يك گروه از نمونهها تحت تأثير اشباع با محلول نانومس و گروه ديگر به عنوان نمونههاي شاهد و بدون پروسه اشباع بودهاند .تيمار بخارگرمايي در دماهاي(120 ، 150 و 180 درجه سانتيگراد) و مدت زمانهاي(1 ، 3 و 5 ساعت) روي كليه نمونهها صورت گرفت. استفاده از ذرات نانومس در زمان و دماي كمتري اثرات بهتري روي خواص داشته و نمونههاي اشباع شده در مقايسه با نمونههاي شاهد از ميزان واكشيدگي حجمي كمتري برخوردار بودند. ميزان جذب آب گونههاي چوبي راش و نوئل اشباع شده با نانومس در حرارت180درجه سانتيگراد و مدت زمان 5 ساعت تيمار بخارگرمايي، به ميزان قابل توجهي كاهش يافت. همچنين انجام تيمار بخارگرمايي روي نمونههاي اشباع شده با محلول نانومس منجر به هيچ گونه كاهشي در خواص مكانيكي نسبته به نمونههاي شاهد در مدت زمان بيشتر و دماي بالاتر تيمار نگرديد. بهترين تيمار هم در خواص فيزيكي و هم در خواص مكانيكي، استفاده از محلول نانومس در تيمار بخارگرمايي در زمان 5 ساعت و 180 درجه سانتي گراد بوده است. اثر ميزان حرارت تيمار بر خواص بيشتر از مدت زمان تيمار بوده است.

واژههاي كليدي: تيمار حرارتي بخارآب – نانوذرات مس – خواص مكانيكي – چوب راش – چوب نوئل– واكشيدگي.

فهرست مطالب

عنوان                                          صفحه 

فصل اول(طرح مسئله) 

  • مقدمه
  • فرضيه و هدف
  • كلياتي بر تيمار حرارتي(تاريخچه تيمارهاي حرارتي) و نانوفناوري

مروري بر تيمار حرارتي(اصلاح گرمايي)                                                            9

  • تأثير تيمار حرارتي بر ويژگيهاي چوب
  • مقدمه اي بر فرآيند تيمار حرارتي با بخار آب
  • اهداف و تأثيرات مثبت تيمار بخارگرمايي
  • نانوفناوري و نانوذرات

چشم انداز توسعه                                                                                   22

فصل دوم(مروري بر سوابق تحقيق) 

سوابق تحقيق                                                                                       24

فصل سوم(روش تحقيق)

گونه چوبي راش و مشخصات كامل آن                                                           28

  • گونه چوبي نوئل و مشخصات كامل آن
  • نانوذرات مس و مشخصات كامل آن
  • فاكتورهاي ثابت و متغير

آماده سازي نمونههاي آزموني                                                                     32

  • اشباع آزمونهها با محلول نانومس
  • تيمار حرارتي با بخار آب

خواص فيزيكي                                                                                      37

واكشيدگي                                                                                          37

جذب آب                                                                                           37

ب

38 خواص مكانيكي
38 سختي
39 خمش و خيز
  40 مقاومت به ضربه
  41 تجزيه و تحليل آماري
فصل چهارم(يافتههاي تحقيق) 
  43 خواص فيزيكي
  43 واكشيدگي مماسي بعد از 2 ساعت غوطهوري در آب
  50 واكشيدگي شعاعي بعد از 2 ساعت غوطهوري در آب
  57 واكشيدگي حجمي بعد از 2 ساعت غوطهوري در آب
  62 واكشيدگي مماسي بعد از 42 ساعت غوطهوري در آب
  69 واكشيدگي شعاعي بعد از 42 ساعت غوطهوري در آب
  75 واكشيدگي حجمي بعد از 42 ساعت غوطهوري در آب
  83 جذب آب بعد از 2 ساعت غوطهوري در آب
  86 جذب آب بعد از 42 ساعت غوطهوري در آب
  90 خواص مكانيكي
  90 مقاومت خمشي
  93 مدول الاستيسيته
  95 سختي
  100 مقاومت به ضربه
فصل پنجم(نتيجه گيري)
  104 خواص فيزيكي
  105 واكشيدگي
  105 جذب آب
  105 خواص مكانيكي
105 مقاومت خمشي
105 مدول الاستيسيته
106 سختي
  106 مقاومت به ضربه
  107 پيشنهادها
  108 پيوست ها
  110 منابع و مراجع 

فهرست جدولها 

صفحه  عنوان 
  28 جدول 3- 1 . مشخصات چوب راش
  28 جدول 3- 2 .درصد مواد تشكيل دهنده چوب راش
  28 جدول 3- 3.درصد عناصر چوبي گونه راش
  30 جدول 3- 4 . مشخصات چوب نوئل
  30 جدول 3- 5 . درصد مواد تشكيل دهنده چوب نوئل
  30 جدول 3- 6 . درصد عناصر چوبي گونه نوئل
  31 جدول 3- 7 . مشخصات ذرات نانومس
  31 جدول 3- 8 .ميزان جذب ذرات نانو در چوب راش و نوئل
  32 جدول 3- 9 . ضريب هدايت حرارتي مس و گونه چوبي راش و نوئل
  36 جدول 3- 10 . درصد رطوبت و دانسيته نمونههاي آزموني
  43 جدول 4- 1. تحليل واريانس واكشيدگي مماسي 2 ساعت
  44 جدول 4- 2. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  50 جدول 4- 3. تحليل واريانس واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  50 جدول 4-4 . گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%

د

57 جدول 4- 5. تحليل واريانس واكشيدگي حجمي 2 ساعت
57 جدول 4- 6. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
62 جدول 4- 7. تحليل واريانس واكشيدگي مماسي 24 ساعت
  62 جدول 4- 8. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  69 جدول 4- 9. تحليل واريانس واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  69 جدول 4- 10. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  75 جدول 4- 11. تحليل واريانس واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  75 جدول 4 – 12. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  83 جدول 4- 13. تحليل واريانس جذب آب 2 ساعت
  83 جدول 4 – 14. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  86 جدول 4- 15. تحليل واريانس جذب آب 24 ساعت
  86 جدول 4- 16. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  90 جدول 4- 17. تحليل واريانس مقاومت خمشي
  90 جدول 4- 18. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  93 جدول 4- 19. تحليل واريانس مدول الاستيسيته
  93 جدول 4- 20. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  95 جدول 4- 21. تحليل واريانس سختي
  95 جدول 4- 22. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%
  100 جدول 4- 23. تحليل واريانس مقاومت به ضربه
  100 جدول 4- 24. گروهبندي دانكن در سطح اعتماد 95%

 

فهرست شكلها

صفحه  عنوان 
  11 1 -1 . مبلمان باغي تيمار شده
  15 1 -2 . تجزيه حرارتي هميسلولزها به تركيبات قندي
  20 شكل 1 -3 . تصاوير ميكروسكوپي از نانوذرات اكسيد مس و سيال مس
  29 شكل 3 -1 . درخت راش
  29 شكل 3 -2 . شماي ماكروسكوپي و ميكروسكوپي چوب راش
  30 شكل 3 -3 . درخت نوئل
  31 شكل 3 -4 . شماي ماكروسكوپي و ميكروسكوپي چوب نوئل
  32 شكل 3 -5 . كوره آزمايشگاهي و رطوبت سنج ديجيتالي
  33 شكل 3 -6 . دستگاه اره نواري و نمونههاي تيمار شده
  33 شكل 3 -7 . دستگاه اره فارسي بر(پاندولي)
  33 شكل 3 -8 . گونه چوبي نوئل و راش كاملاً شعاعي و مماسي
  34 شكل 3 -9 . پمپ باد و مخزن اشباع نانو
  35 شكل 3 -10 . نمونههاي آزموني كدبندي شده
  35 شكل 3 -11 . مخزن بخارساز و بخارزن
  36 شكل 3 -12 . گونه چوبي راش و نوئل تيمار حرارتي شده
  37 شكل 3 -13 . كوليس و ترازوي ديجيتالي
  38 شكل 3 -14 . آزمونههاي تيمار شده واكشيدگي و جذب آب
  38 شكل 3 -15 . نحوه وارد آمدن بار بر روي نمونههاي آزموني
  39 شكل 3 -16 . آزمايش سختي به روش برينل
  39 شكل 3 -17 . نمونههاي آزموني تيمار شده سختي
40 3 -18 . دستگاه آزمايش مقاومت خمشي
40 3 -19 . نمونههاي آزموني تيمار شده مقاومت خمشي
40 3 -20 . دستگاه آزمايش مقاومت به ضربه

و

44  – 1. اثر مستقل گونه چوبي بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
45  – 2. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
46  – 3. اثر مستقل دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
46  – 4. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
  47 شكل 4 – 5. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
  48 شكل 4 – 6. اثر متقابل گونه چوبي، زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
  49 شكل 4 – 7. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 2 ساعت
  51 شكل 4 – 8. اثر مستقل گونه چوبي بر واكشيدگي شعاعي2 ساعت
  52 شكل 4 – 9. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  52 شكل 4 – 10. اثر مستقل دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  53 شكل 4 – 11. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  53 شكل 4 – 12. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  54 شكل 4 – 13. اثر متقابل زمان و اشباع بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  55 شكل 4 – 14. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع و زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  55 شكل 4 – 15. اثر متقابل اشباع، زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  56 شكل 4 – 16. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 2 ساعت
  58 شكل 4 – 17. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
  59 شكل 4 – 18. اثر مستقل دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
  59 شكل 4 – 19. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
  60 شكل 4 – 20. اثر متقابل اشباع زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
  61 شكل 4 – 21. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
  61 شكل 4 – 22. اثر متقابل اشباع زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 2 ساعت
63  – 23. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي مماسي 24 ساعت
63  – 24. اثر مستقل دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 24 ساعت
64  – 25. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 24 ساعت
64  – 26. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 24ساعت
65  – 27. اثر متقابل اشباع و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 24 ساعت
65  – 28. اثر متقابل اشباع زمان تيمار بر واكشيدگي مماسي 24 ساعت
66  – 29. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 42 ساعت
  67 شكل 4 – 30. اثر متقابل اشباع، زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي 24ساعت
  68 شكل 4 – 31. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي مماسي24ساعت
  70 شكل 4 – 32. اثر مستقل گونه چوبي بر واكشيدگي شعاعي24 ساعت
  70 شكل 4 – 33. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  71 شكل 4 – 34. اثر متقابل گونه چوبي و زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  71 شكل 4 – 35. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  72 شكل 4 – 36. اثر متقابل گونه چوبي و اشباع بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  72 شكل 4 – 37. اثر متقابل دما و زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  73 شكل 4 – 38. اثر متقابل اشباع و زمان تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24 ساعت
  73 شكل 4 – 39. اثر متقابل اشباع و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24ساعت
  74 شكل 4 -40. اثر متقابل گونه چوبي، زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي شعاعي 24ساعت
  76 شكل 4 -41. اثر مستقل گونه چوبي بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  76 شكل 4 -42. اثر مستقل زمان تيمار بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  77 شكل 4 -43. اثر مستقل دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  77 شكل 4 -44. اثر متقابل گونه چوبي و زمان تيمار بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  78 شكل 4 -45. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
  79 شكل 4 -46. اثر متقابل گونه چوبي و اشباع بر واكشيدگي حجمي 24ساعت
  79 شكل 4 -47. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر واكشيدگي حجمي 24 ساعت
80  -48. اثر متقابل درجه حرارت و اشباع بر واكشيدگي حجمي 24ساعت
80  -49. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع و زمان تيماربر واكشيدگي حجمي 24ساعت
81  -50. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع و دماي تيماربر واكشيدگي حجمي 24ساعت

ح

81  -51. اثر متقابل اشباع، دما و زمان تيماربر واكشيدگي حجمي 24ساعت
82  -52. اثر متقابل گونه چوبي، اشباع، زمان و دماي تيماربر واكشيدگي حجمي 24ساعت
84  -53. اثر مستقل گونه چوبي بر جذب آب 2 ساعت
84  -54. اثر مستقل زمان تيمار بر جذب آب 2 ساعت
  85 شكل 4 -55. اثر مستقل دماي تيمار بر جذب آب 2 ساعت
  85 شكل 4 -56. اثر متقابل اشباع، دما و  زمان تيمار بر جذب آب 2 ساعت
  87 شكل 4 -57. اثر مستقل گونه چوبي بر جذب آب 24 ساعت
  87 شكل 4 -58. اثر مستقل زمان تيمار بر جذب آب 24 ساعت
  88 شكل 4 -59. اثر متقابل گونه چوبي ودماي تيمار بر جذب آب 24 ساعت
  89 شكل 4 -60. اثر متقابل اشباع، دما و  زمان تيمار بر جذب آب 24 ساعت
  91 شكل 4 -61. اثر مستقل گونه چوبي بر مقاومت خمشي
  91 شكل 4 -62. اثر مستقل دماي تيمار بر مقاومت خمشي
  92 شكل 4 -63. اثر متقابل گونه چوبي و دماي تيمار بر مقاومت خمشي
  92 شكل 4 -64. اثر متقابل زمان و دماي تيمار بر مقاومت خمشي
  94 شكل 4 -65. اثر مستقل گونه چوبي بر مدول الاستيسيته
  94 شكل 4 -66. اثر مستقل دماي تيمار بر مدول الاستيسيته
  96 شكل 4 -67. اثر مستقل گونه چوبي بر سختي
  96 شكل 4 -68. اثر مستقل دماي تيمار بر سختي
  97 شكل 4 -69. اثر متقابل گونه چوبي ودماي تيمار بر سختي
  97 شكل 4 -70. اثر متقابل زمان ودماي تيمار بر سختي
  98 شكل 4 -71. اثر متقابل گونه چوبي، زمان و دماي تيمار بر سختي
  99 شكل 4 -72. اثر متقابل گونه چوبي،اشباع، زمان ودماي تيمار بر سختي
101  -73. اثر مستقل دماي تيمار بر مقاومت به ضربه
101  -74. اثر متقابل گونه چوبي و اشباع بر مقاومت به ضربه
102  -75. اثر متقابل گونه چوبي،اشباع، زمان ودماي تيمار بر مقاومت به ضر

طرح مسئله

 

مقدمه 

چوب يكي از اولين مواد شكلپذير در دسترس بشر بوده است و كاربردهاي بيشمار آن، موجب تأمين نيازهاي بشري شده است. توسعه صنايع چوب و كاغذ از زمينههاي مهم صنعتي است كه اغلب جوامع توجه ويژهاي به آن دارند. خوشبختانه ماده اوليه صنايع چوب و كاغذ از جنگل و از منابع تجديد شونده، تأمين ميگردد و استفاده علمي و مطلوب از آن، ميتواند ما را در تداوم توليد و حفظ منابع جنگلي براي نسلهاي آينده به موفقيت برساند. شايان ذكر است كه اين مهم فقط با دانش جامع مرتبط با اين رشته و فهم از خصوصيات كلي چوب امكانپذير است.

با توجه به اينكه چوب ماسيو بعنوان يك ماده مهندسي داراي خواصي همچون هيگروسكوپيك(قابليت جذب و دفع رطوبت)، ارتوتروپيك(هرسونا يكسان)، ناهمگن، نيمه ويسكوالاستيك، مجوف و فيبري شكل و داراي تخريب بيولوژيكي مي باشد، لذا خواص و مقاومت چوب در برابر بعضى از عوامل محيطى مانند قارچها ،حشرات، رطوبت و آتش متغير بوده و الزام دارد تا اصلاحهايي را در اين ماده بوجود آيد ،كه در نهايت كاربرد و دوام طبيعي آن افزايش يابد. لذا چنين استنتاج ميگردد كه اين ماده طبيعي ،به لحاظ تنوع كاربردي، در برخي از موارد بدليل داشتن اين معايب كاربردي و فيزيكي محدوديت استفاده پيدا ميكند. بنابراين متخصصين براي بهبود خواص مذبور از شيوههاي متعددي چون آغشتن چوب به مواد شيميايي، استفاده از پوششهاي بيرنگ يا رنگي براي محدود كردن جذب و دفع رطوبت و بسياري از روشهاي ديگر استفاده نمودهاند. عليرغم آثار مثبت اين روشها و مواد ،بسياري از شيوهها طي گذشت زمان و كسب تجاربي ارزنده در زمينه صيانت از محيط زيست و صرفه اقتصادي و همچنين بدليل آلايندگي، محدود، ممنوع و يا حذف گرديدهاند. بدين سبب امروزه گرايش بسوي روشهايي است كه بكمك آنها بتوان چوب را بدون ايجاد آثاري زيانبار بر روي طبيعت، تيمار و اصلاح كرد. يكي از راهكارهاي مناسب براي حل اين مشكل مىتواند استفاده از روشهاي تيمار حرارتي باشد. هرچند بسيارى از اين اصلاحات ممكن است در بسياري از ويژگىهاى چوب تاثير گذار باشند، به هر حال افزايش دوام طبيعي چوب در برابر رطوبت مىتواند با استفاده از روشهاى پيشرفته و رايج اصلاح، تيمار و اشباع چوب در برابر عوامل مخرب زيستى، بدست آيد.

فرضيه اصلي پژوهش 

استفاده از نانوذرات مس در تيمار حرارتي بخارآب بر گونههاي چوبي راش و نوئل سبب بهبود و تسريع فرآيند انتقال حرارت به قسمتهاي دروني شده و باعث كنترل گراديان حرارتي خواهد شد لذا كليه مواد تشكيل دهنده چوب به يك اندازه تحت پروسه حرارتي خواهند بود كه در پي آن كليه تغييرات در سطوح بيروني و داخلي چوب بطور يكسان صورت مي پذيرد و در مدت زمان كوتاهتري انتقال حرارت بيشتري انجام خواهد شد.

هدف و ضرورت انجام پژوهش 

بررسيهاي انجام شده حاكي از تأثير مطلوب تيمارهاي حرارتي به ويژه تيماربخارگرمايي(هيگروترمال) بر افزايش دوام طبيعي، كاهش جذب رطوبت(هيگروسكوپيسيته) و بهبود ثبات ابعاد چوب هستند. كاهش نم پذيري نه تنها در ممانعت از تغيير ابعاد كاربرد دارد بلكه در مقاومتهاي ثانويه مكانيكي تأثير بسزايي خواهد داشت(مي دانيم كه با افزايش رطوبت، كليه مقاومتهاي مكانيكي سير نزولي پيدا ميكنند). و از آنجاييكه ذرات فلزي در مقياس نانو، با توجه به قابليت هدايت حرارتي بالا، كمك شاياني در انتقال حرارت دارند و با تشكيل قشر(لايهاي) درون چوب، سبب افزايش مقاومتهاي مكانيكي ميگردند. لذا طرح حاضر با هدف تيمار چوب با تلفيق دو روش تيمار نانوذرات و تيمار حرارتي  و بررسي تأثير آن بر خواص فيزيكي و مكانيكي چوبهاي راش و نوئل صورت ميگيرد. چوب ماسيو داراي برخي خواص نا مطلوب از جمله عدم ثبات ابعاد، ناپايداري در برابر عوامل مخرب بيولوژيك و نيز عوامل جوي ميباشد كه با استفاده از تيمار حرارتي ميتوان معايب اشاره شده را تا حدودي كنترل نمود. از سوي ديگر با توجه به هدايت حرارتي پائين چوب، مدت زمان تيمار حرارتي افزايش پيدا ميكند كه خود منجر به كاهش مقاومتهاي مكانيكيدرچوب ميگردد. اما با استفاده ازيونهاي فلزي ميتوان با تسريع درانتقال حرارت به لايههاي مياني، زمان تيمار حرارتي را كاهش داد .ليكن با وجود نوسان حرارتي در سطوح داخلي و بيروني چوب تيمار شده كه در تيمارهاي حرارتي امري قابل انتظار، اما نامطلوب است؛ اين پژوهش با هدف يافتن راهي براي جلوگيري ازاين امر بكمك استفاده از نانوپودرمس و بررسي تغييرات حاصله در مقاومتهاي فيزيكي و مكانيكي چوب راش و نوئل انجام خواهد شد كه با اين كار ضمن افزايش ثبات ابعاد مي توان از كاهش مقاومت هاي مكانيكي تا حد زيادي جلوگيري نمود.

اين اصلاح اگرچه منجر به كاهش آبدوستي و مقاومت چوب در برابر تخريب عوامل بيولوژيك مي شود، اما بدليل تخريب مواد شيميايي تشكيل دهنده چوب منجر به كاهش ويژگي هاي مقاومتي چوب مي گردد. لذا بايستي در جهت رفع اين مشكل، دنبال راهكارهاي مناسبي بود كه بتوان در مدت زمان كوتاه تر يا دماي پائين تر به اصلاح خواص چوب پرداخت. نانوذرات فلزي با داشتن قابليت هدايت حرارتي بالا، قادر به انتقال حرارت در زمان كوتاه خواهند بود. لذا مي توان گفت كه با استفاده از اين ذرات به اصلاح خواص چوب، بدون كاهش قابل توجه خواص مقاومتي مبادرت نمود.

هدف پژوهش حاضر بررسي و مقايسه خواص فيزيكي و مكانيكي چوب راش و نوئل پس از تيمارحرارتي به همراه اشباع با نانوذرات(نانومس) در محيط فراگير بخارآب در سطوح حرارتي و زماني مختلف ميباشد تا تأثير نانوذرات در دما و گسترههاي زماني متفاوت بر خواص چوب ماسيو مشخص گردد، و اينكه نانوذرات مس پتانسيل افزايش انتقال حرارت از سطح چوب به قسمتهاي عميقتر آن را نسبت به آزمونههاي فاقد اشباع با ذرات نانو را خواهد داشت؟  كلياتي بر تيمار حرارتي و نانوفناوري 

تاريخچه تيمارهاي حرارتي 

تيمار حرارتي در 60 سال اخير بعنوان روشي مؤثر براي بهبود ثبات ابعادي و افزايش دوام طبيعي چوب به روش دوستدار محيط زيست و بدون استفاده از مواد شيميايي و فقط با تغيير و تبديل شيميايي درون اجزاي تشكيل دهنده چوب شناخته شده است(Stamm، 1946؛ Tjeerdsma و Militz، 2005). در سال 1920 ميلادي ،Tiemann نشان داد كه خشك كردن چوب در دماي بالا به كاهش رطوبت تعادل(EMC) و واكشيدگي چوب منجر مي شود. Kollmann (1936) از دماي بالا و فشرده كردن توسط پرس گرم، استفاده كرد و فرآيند را ليگنوسيون1 نامگذاري كرد. Morsig (2000) فرآيند مشابهي را براي چوب فشرده لايهاي در آلمان بنام ليگنيفول2 ابداع كرد. در سال 1937 ميلادي ،Stamm و Hansen گزارش كردند كه رطوبت تعادل، واكشيدگي و همكشيدگي چوب با گرما دادن در گازهاي مختلف كاهش مي يابد. در ايالات متحده Seborg و همكاران به سال 1945 ميلادي، محصولي بنام “Staypack” توليد كردند. Stamm و همكاران در سال 1946 ميلادي از تيمار حرارتي براي بهبود ثبات ابعاد بدون فشرده سازي استفاده كردند و نام فرآيند را “Staywood” گذاشتند. هيچ كدام از اين محصولات موفقيت قابل توجهي را در بازار نداشتند؛ شايد به علت در دسترس بودن چوب هاي با كيفيت بالا مي بود، با اين وجود باز هم تيمار حرارتي فراموش نشد و پژوهش هاي مختلف و متفاوتي در سالهاي آتي توسط دانشمندان و محققان نامي نظير Seborg و همكاران (1935)، Kollmann و Kollmann ،(1963)Schneider و Fengel(1965)،

،(1967)Encer و Nikolov ،(1967)Konepleva و Dُ Jakonov ،(1966)Fengel ،(1969)Noack

.انجام شد (1984)Hillis و (1983)Giebeler ،(1973)Rusche ،(1975 و 1973)Burmester

تيمارهاي حرارتي همواره در دامنه حرارتي 180 – 260 سلسيوس انجام شدهاند؛ درجه حرارتهاي كمتر از 140 درجه سلسيوس تغييرات ناچيزي را در خواص ماده(چوب) به همراه داشتهاند، همچنين درجه حرارتهاي بيشتر(300 درجه سلسيوس) نيز نتايجي غيرقابل قبول از جمله تخريب زيرآيند(چوب) را نشان داهاند. پروسههاي اصلاح و تيمار حرارتي جديد و مدرن، به درجه حرارتهايي كه بيش از 260 درجه سلسيوس نباشند، محدود شدهاند(Elder، 1991).(نقل از طلائي ،1389).

دماهاي بيش از 150 درجه سلسيوس، خواص فيزيكي و مكانيكي چوب ار بطور دائمي تغيير ميدهند (Mitchell، 1998). (نقل از طلائي ،1389).

معمولاً در تيمارهاي حرارتي، دامنه حرارتي 150 – 230 درجه سلسيوس استفاده ميشوند، براي اينكه هيدروليز(آبكافت) در دماهاي پائينتر خيلي آهسته صورت ميپذيرد، در حاليكه شروع تخريب سلولز در دامنه حرارتي 210 – 220 سلسيوس اتفاق ميافتد(Garrote، 1999). تخريب سلولز غالباً در درجه حرارت 270 سلسيوس پديد ميآيد.

در سالهاي اخير، علاقه به فرآيندهاي تيمارحرارتي دوباره احيا شد. Boonstra(2008) اين علاقه مجدد را به علل زير مربوط دانسته است:

كاهش توليد چوبهاي بادوام، تقاضاي روبه گسترش براي مواد ساختماني بادوام ،كاهش تخريب جنگلها بخصوص جنگلهاي استوايي، افزايش آيين نامهها و مقررات محدود كننده دولتي براي استفاده از مواد سمي و شيميايي.

بطور عمده، پنج فرآيند تجاري – صنعتي تيمار حرارتي به بهره برداري رسيده اند:

  • – در كشور فنلاند فرآيند Thermowood
  • – در كشور هلند فرآيند Plato wood
  • – در كشور آلمان فرآيند تيمار حرارتي با روغن داغ (Oil Heat Treatment(OHT
  • – در كشور فرانسه دو فرآيند Bios perdure و Rectification پروسه هاي جديد و فرآيندهاي نوين تيمار حرارتي در كشورهاي ديگر نيز به بهره برداري رسيده اند ،مانند Vapour Thermal Treatment(VTT) در كشور دانمارك و Huber Holz در كشور استراليا.

در شرايط تيمار حرارتي خشك(هواي داغ)، چوب تا حد تيمار، خشك شده و رطوبت آن در يك سيستم باز يا سيستم چرخشي مجهز به متراكم كننده(كندانسور) حذف ميگردد. در سيستمهاي بسته رطوبت بخار شده از چوب، بصورت بخار با فشار بالا در فرآيند باقي ميماند. همچنين با تزريق بخارآب به درون مخزن(رآكتور) ميتوان محيطي بعنوان محيط فراگير انتقال حرارت ايجاد كرده و بعنوان پوشش محافظ براي محدود كردن فرآيندهاي اكسايشي عمل كرد. به اين قبيل فرآيندهاي تيمار حرارتي در حضور بخارآب، تيمارهاي بخارگرمايي اطلاق ميگردد(Hill، 2006).

از ميان طرق مختلف اصلاح و تيمار چوب كه تا به حال مورد مطالعه و پژوهش قرار گرفتهاند، اصلاح يا تيمارحرارتي، يكي از روشهاي تجاري پر كاربرد بشمار ميآيد. تيمار حرارتي چوب از ديرباز بعنوان روشي مفيد و سودمند براي بهبود ثبات ابعادي و افزايش مقاومت در برابر پوسيدگي شناخته شده است(Hill، 2006). (نقل از طلائي ،1389).


مقطع : کارشناسی ارشد

دانلود بخشی از بررسی اثر تلفيقی اشباع نانو مس و تيمار حرارتی با بخارآب بر خواص چوب

قبل از خرید فایل می توانید با پشتبانی سایت مشورت کنید