اثر تیمار حرارتی و اشباع اولیه چوب نراد با بوراکس بر مقاومت به آتش و رفتار حرارتی

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 می کند. اصلاح چوب دانشی برای بهبود ویژگی های 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 می یابد. آتش گیری از معایب عمده چوب است. مواد لیگنوسلولزی به دلیل بسپارهای دیواره سلولی می سوزند. واکنش های پیرولیز با افزایش دما پیش رفته و گازهای قابل اشتعال آزاد می شود. اشباع اولیه چوب با ترکیبات بور، راهکاری برای کاهش آتش گیری 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 روش ها: نمونه ها به ابعاد (شعاعی)20× (مماسی)100× (طولی)150 میلی متر 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. شاخص های مقاومت به آتش شامل زمان شعله وری، 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 سانتی گراد بر دقیقه از دمای اتاق تا ◦C600 بررسی شد. ثبات ابعاد نمونه-ها با آزمون غوطه وری بلند مدت محاسبه شد. یافته ها: با اعمال تیمار حرارتی، نمونه ها کاهش جرم پیدا کرد. در نمونه پیش اشباع شده با بوراکس، کاهش جرم ناشی از تیمارهای حرارتی کاهش یافت. تیمار حرارتی سبب کاهش زمان شعله وری شد. بوراکس سبب تاخیر در نقطه اشتعال چوب تیمار حرارتی شده گردید. ترموگرام های TGA نشان داد زغال باقی مانده 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. ترموگرام های DSC نشان داد در نمونه اشباع شده با بوراکس- تیمار حرارتی شده نسبت به نمونه تیمار حرارتی شده، سرعت تشکیل فرآورده های فرار به بیشینه مقدار خود در دمای کمتری رسید. بوراکس با قرارگیری در معرض حرارت، لایه شیشه ای تشکیل داده و از این طریق انتقال جرم گازهای قابل اشتعال را کاهش داد. نتایج غوطه وری بلند مدت نشان داد تیمار حرارتی با کاهش آبدوستی نمونه ها سبب کاهش واکشیدگی حجمی و جذب آب گردید. اشباع اولیه نمونه ها با بوراکس سبب افزایش آبدوستی و افزایش واکشیدگی حجمی و جذب آب شد. نتیجه گیری: چوب تیمار حرارتی شده مستعد آتش گیری 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 نمونه ها 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. واژه های کلیدی: مقاومت به آتش، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA)، گرماسنجی پویشی افتراقی(DSC) ، ثبات ابعاد.

کلیدواژه ها:

مقاومت به آتش ، آنالیز وزن سنجی حرارتی (TGA) ، گرماسنجی پویشی افتراقی(DSC) ، ثبات ابعاد