مبانی فرآیند هاتچک و نقش الیاف سلولزی

فرآیند هاتچک یکی از اصلی ترین روش های صنعتی تولید تخته های فایبر سمنت است که در آن دوغاب سیمانی حاوی الیاف سلولزی به صورت لایه های نازک متوالی بر روی یک توری سیمی در حال حرکت ریخته شده، آب گیری شده و سپس تحت فشار قرار می گیرد تا ضخامت نهایی محصول حاصل شود [6]. در این فرآیند، الیاف سلولزی نقش دوگانه ای ایفا می کنند: در مرحله تولید به عنوان فیلتر طبیعی عمل کرده و مواد جامد را بر روی توری حفظ می کنند، و پس از عمل آوری به عنوان عنصر تقویت کننده اصلی استحکام و چقرمگی کامپوزیت عمل می نمایند [6]. شبیه سازی آزمایشگاهی این فرآیند نشان داده است که تخته های فایبر سمنت بدون آزبست حاوی الیاف کرافت و بامبو با درصد افزودنی الیاف طبیعی در محدوده ۲ تا ۶ درصد وزنی را می توان با موفقیت تولید کرد [7]. تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) از سطوح شکست تخته ها، نحوه شکست کامپوزیت و همچنین برهمکنش مطلوب در سطح مشترک الیاف-ماتریس را تایید کرده است که نشان دهنده چسبندگی مناسب الیاف به ماتریس سیمانی است [7]. نتایج تجربی حاصل از آزمون خمش سه نقطه ای نشان داده است که تخته کامپوزیت حاوی ۱۰ درصد وزنی خمیر کرافت و ۶ درصد وزنی الیاف بامبو، مقادیر بهینه استحکام خمشی ۱۰.۴۱ مگاپاسکال و تغییرشکل ۲.۰ میلی متر را ارائه می دهد که الزامات حداقل استانداردهای مربوط به تخته های تخت فایبر سمنت را برآورده می کند [7]. در یک مطالعه تجربی دیگر بر روی فایبر سمنت تقویت شده با ۲.۵ درصد خمیر سلولزی تیمارشده از طریق فرآیند هاتچک، مشاهده شد که ماتریس سیمانی عملکرد مکانیکی مطلوبی از خود نشان می دهد، هرچند درصد جذب آب بالایی دارد که نیازمند انجام مطالعات بیشتر برای دستیابی به ماده ای قابل استفاده در صنعت ساختمان است [8]. یکی از چالش های اساسی در فرآیند هاتچک، نقش حیاتی مواد منعقدکننده (flocculants) است، زیرا استفاده از الیاف سلولزی به جای آزبست، میزان حفظ سیمان را کاهش می دهد و وجود ماده منعقدکننده مناسب برای بهبود نگهداری مواد معدنی و ذرات ریز الیاف در حین تشکیل لایه ها و کاهش بار چرخشی ذرات ریز در سیستم آب ضروری است [9]. پژوهش ها نشان داده اند که فرآیند لایه نشانی نه تنها از الیاف در برابر آسیب ناشی از تماس با قطعات کاری ماشین های صنعتی محافظت می کند، بلکه قابلیت فرآوری الیاف را نیز بهبود می بخشد که این امر به کاهش شکست الیاف و افزایش خواص فیزیکی و مکانیکی محصول نهایی منجر می شود [10]. پایداری ابعادی و دوام فایبر سمنت ارتباط مستقیمی با مقاومت الیاف در برابر جذب رطوبت دارد، و مطالعات گسترده ای بر روی الیاف سلولزی تجاری (شامل کاج سفید نشده، کاج سفید شده و اکالیپتوس سفید شده) انجام شده است تا ظرفیت نگهداری آب آن ها با استفاده از روش هایی مانند هورنیفیکیشن، سیلان و سل-ژل کاهش یابد [10]. در مجموع، فرآیند هاتچک به عنوان یک فناوری صنعتی و قابلیت تطبیق پذیر، بستری مناسب برای تولید فایبر سمنت های بدون آزبست با استفاده از الیاف سلولزی طبیعی فراهم می آورد، هرچند بهینه سازی فرآیندهای پیش تصفیه الیاف و کنترل میزان جذب آب برای دستیابی به دوام و پایداری ابعادی مطلوب ضروری است [7].