ساخت کامپوزیت طبیعی الیاف موز- سیمان و ارزیابی مشخصه های فنی آن

بیان مساله و اهداف: کامپوزیت های چوب–سیمان به عنوان نسل نوین مصالح ساختمانی زیست پایه، ترکیبی از ویژگی های مکانیکی و زیست محیطی مطلوب را ارائه می دهند، اما ناسازگاری میان فاز آلی و معدنی، ضعف در چسبندگی بین سطحی و پایداری ابعادی، کاربرد آن ها را محدود کرده است. از سوی دیگر، ضایعات کشاورزی همچون الیاف موز به دلیل حجم تولید بالا، درصد سلولز مناسب، استحکام کششی قابل توجه و ماهیت تجدید پذیر، گزینه ای بالقوه برای جایگزینی بخشی از منابع چوبی محسوب می شوند. در ایران نیز با توجه به تولید گسترده موز در استان سیستان و بلوچستان و حجم بالای ضایعات، بهره برداری از این منابع می تواند علاوه بر کاهش آثار زیست محیطی، مسیر توسعه مصالح ساختمانی پایدار را هموار سازد. بر همین اساس، پژوهش حاضر با هدف بررسی تاثیر تیمار قلیایی الیاف موز و تعیین درصد بهینه آن در ساخت تخته های چوب–سیمان، به ارزیابی خواص فیزیکی، مکانیکی و حرارتی این کامپوزیت ها پرداخته است. مواد و روشها: الیاف مورد نیاز از ساقه های کاذب گیاه موز (Musa sapientum) استخراج و به دو صورت خام و تیمار شده با محلول هیدروکسید سدیم ۵ درصد به کار گرفته شدند. جهت بررسی اثر درصد اختلاط، نسبت های وزنی ۵ به ۹۵ و ۱۰ به ۹۰ الیاف به سیمان مورد استفاده قرار گرفت. سیمان پرتلند نوع II به عنوان ماتریس معدنی اصلی انتخاب شد و از ۱۰ درصد چسب بتن MCP نسبت به مقدار آب مورد استفاده در تهیه ملات سیمان برای بهبود پیوستگی در ساخت پانل­ها بهره گرفته شد. پانل های سیمانی فاقد الیاف موز به عنوان نمونه شاهد انتخاب شدند. پانل ها با استفاده از پرس سرد ساخته شده و سپس نمونه­های آزمونی جهت تعیین خواص فنی پانل­ها شامل: دانسیته، رطوبت تعادل، جذب آب و واکشیدگی ضخامت (بعد از ۲ و ۲۴ ساعت غوطه­وری در آب)، مدول گسیختگی، مدول ­الاستیسیته خمشی، چسبندگی داخلی و مقاومت به آتش (ISO ۹۲۵-۳)، مطابق با استاندارد تهیه و مورد ارزیابی قرار گرفتند. جهت بررسی تاثیر تیمار قلیایی بر ساختار شیمیایی الیاف موز و سازگاری آن ها با سیمان از طیف سنجی مادون قرمز (FTIR) و همچنین برای بررسی ساختار میکروسکوپی کامپوزیت الیاف موز-سیمان، اندازه­گیری ابعاد الیاف، بررسی ماتریس سیمان و الیاف و همچنین برای تشخیص اثر تیمار الیاف در پانل های الیاف موز- سیمان، از میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM) استفاده شد. داده ها با استفاده از آزمون ANOVA و آزمون دانکن در سطح اطمینان ۹۵ درصد تحلیل شدند. نتایج: بررسی طیف FTIR و تصاویر FESEM نشان داد که تیمار قلیایی موجب حذف ناخالصی ها، مواد استخراجی و موم های سطحی شده، زبری و سطح فعال الیاف را افزایش داد و بدین ترتیب، پیوند شیمیایی و مکانیکی با ماتریس سیمانی تقویت شد. نتایج فیزیکی نشان داد که دانسیته نمونه های تیمار شده (به ویژه در سطح ۵ درصد الیاف) افزایش یافت و به مقادیر نزدیک نمونه شاهد رسید، در حالی که رطوبت تعادل، جذب آب و واکشیدگی ضخامت کاهش معنی داری پیدا کردند. در آزمون های مکانیکی، افزودن ۵ درصد الیاف تیمارشده موجب افزایش چشمگیر مدول گسیختگی (MPa ۰۳/ ۱۰) و مدول الاستیسیته خمشی (MPa ۱۷۸۹) نسبت به نمونه شاهد شد، در حالی که استفاده از الیاف خام یا درصدهای بالاتر باعث کاهش این ویژگی به دلیل افت چسبندگی و افزایش تخلخل گردید. چسبندگی داخلی نیز در نمونه های ۵ درصد تیمار شده به حداکثر رسید که ناشی از افزایش تراکم و بهبود پیوند بین سطحی بود. آزمون مقاومت به آتش نشان داد که تمامی نمونه ها فاقد دوام شعله و گدازه بودند؛ همچنین بیشترین کاهش وزن مربوط به نمونه شاهد (۵۲/۰ درصد) و کمترین مقدار مربوط به نمونه های حاوی ۱۰ درصد الیاف خام (۲۱/۰ درصد) بود. اگرچه تیمار قلیایی اثر مثبت بر خواص مکانیکی داشت، اما به دلیل حذف نسبی مواد استخراجی، پایداری حرارتی در سطحی پایین تر از الیاف خام ثبت شد. نتیجه­ گیری: یافته ها نشان می دهد که استفاده از الیاف موز، به ویژه پس از تیمار قلیایی و در درصد بهینه ۵ درصد، می تواند خواص مکانیکی، پایداری ابعادی و سازگاری بین سطحی تخته های چوب–سیمان را بهبود دهد. همچنین نتایج آزمون مقاومت به آتش نشان داد که ترکیب الیاف موز با ماتریس سیمانی، حتی با وجود ماهیت آتش گیر الیاف، عملکرد حرارتی ایمن و قابل قبولی دارد؛ بنابراین، الیاف موز تیمار شده به عنوان جایگزینی مناسب برای الیاف چوبی در تولید پانل های زیست پایه مطرح بوده و می تواند در راستای توسعه مصالح ساختمانی پایدار و کاهش ضایعات کشاورزی، راهکار موثری باشد.

کلیدواژه ها:

کامپوزیت الیاف موز&ndash ، سیمان ، تیمار قلیایی ، خواص فیزیکی- مکانیکی ، مقاومت به آتش ، طیف سنجی FTIR ، تصاویر FESEM