بررسی خواص و کاربرد سه نوع از الیاف‌های طبیعی و مخلوط آن با الیاف پلیمری به‌عنوان جایگزین مناسب آزبست در ورقه‌های سیمانی

نزدیک به نیم قرن از تولید کامپوزیت‌های سیمانی – الیافی به ویژه در زمینه تولید ورق و لوله‌های سیمانی در کشور ایران می‌گذرد و در طی این مدت روند تولید آن به صورت صعودی افزایش یافته است به طوری که در سالیان اخیر، هر ساله حدود سی میلیون متر مربع ورق و حدود چهارهزار کیلومتر لوله سیمانی آزبستی در کشور تولید می‌گردد. در طی این مدت، استفاده از الیاف آزبست در فرایند تولید تنها شیوه تولید این کامپوزیت‌ها بوده است. با توجه به شناخت مخاطرات آزبست برای سلامتی انسان، بیش از یک دهه است که تولید و مصرف آن در اکثر کشورهای جهان ممنوع شده است. در تحقیق حاضر، تلاش شده است تا با استفاده از الیاف سلولزی و مصنوعی، جایگزینی مناسب برای الیاف آزبست در ساخت ورق‌های سیمانی یافت شود. در این راستا، برخی از الیاف سلولزی مانند ساقه نیشکر، ساقه گندم، گیاه اکالیپتوس و ضایعات کاغذهای کرافت مورد بررسی قرار گرفت و در فاز اول تحقیق نمونه‌های زیادی با آنها ساخته و آزمایش شد. ویژگی‌های کامپوزیت ساخته شده با الیاف کرافت نسبت به الیاف دیگر مناسبتر بود و در ادامه تحقیقات، از این الیاف به عنوان الیاف پایه برای ترکیب با الیاف مصنوعی استفاده شد. در فاز دوم تحقیق، الیاف پلی‌وینیل الکل (وارداتی از کشور چین) و الیاف پلی‌پروپیلن و الیاف اکریلیک (تولید کارخانه‌های ایران) در ترکیب با الیاف سلولزی مورد استفاده قرار گرفت. همچنین تأثیر برخی از رزین‌های پلیمری مانند کوپلیمر استایرن اکریلیک و پلی اکریل نیتریل به عنوان مواد افزودنی و پودر سنگ آهک نیز مورد بررسی قرار گرفت. در این راستا برای نمونه‌های ساخته شده متناسب با امکانات و تجهیزات آزمایشگاهی، برخی از مهمترین آزمایشهای مرتبط با ورق سیمانی مانند مقاومت خمشی، میزان شکل‌پذیری، اندازه‌گیری چگالی، جذب رطوبت، جذب آب، بادکردگی تحت اثر آب و تغییرات ابعادی تحت اثر رطوبت در مورد آنها انجام شد. همچنین برای شناخت ریزساختار کامپوزیت نیز مطالعات گسترده میکروسکوپ الکترونی نیز انجام گردید. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که امکان تولید ورق سیمانی به سه صورت وجود دارد: 1) ساخت نمونه‌ها تنها با الیاف سلولزی، 2) ساخت نمونه‌ها با ترکیب الیاف اکریلیک و الیاف سلولزی و 3) ساخت نمونه‌ها با الیاف اکریلیک، رزین پلی‌اکریل نیتریل و الیاف سلولزی. نکته حائز اهمیت این است که پارامترهای بسیاز زیادی وجود دارد که بر ویژگی‌‌های کامپوزیت تأثیرگذار می‌باشد، مانند مشخصات فیزیکی، مکانیکی و دوام الیاف، نوع و مقدار مواد افزودنی، نوع و مقدار رزین، فرایند تولید و روش ساخت. بنابراین لازم است تا برای یافتن طرح اختلاط بهینه در مقیاس صنعتی، متناسب با شرایط موجود و لحاظ نمودن تأثیر پارامترهای مورد اشاره نتایج تحقیق را برای تولید صنعتی در کارخانه تعمیم داد و با آزمون و خطا به طرح بهینه اختلاط دست یافت.

Production of fiber-cement composite systems especially for the cement board and pipe, dates back to over half a century in Iran and the production rate has been increasing consistently since ten so that in recent years, about 30 million meters squared of corrugated and flat asbestos cement boards and over 4000 Km of asbestos cement pipes are produced annually in Iran. However, asbestos fiber has been solely been used in the production of composites in the country. Considering the related health issues, the production and use of asbestos has been banned in most countries over a decade ago. In this research the replacement of asbestos with cellulous and polymeric fibers is examined for the production of cement boards. Some cellulose fibers like sugar cane, wheat, and eucalyptus and Kraft paper waste are studied and examined in the first phase of the research work and numerous specimens were made and tested. The properties of the composites made with Kraft fibers are more suitable than other fibers and in the second phase of the project these base fibers were used in combination with the polymeric fibers. Poly Vinyl Alcohol fibers (imported from China), Poly Propylene and Acrylic fibers (from Iranian factories) were used in combination with the cellulous fibers. The effect of some resins like Copolymer Styrene Acrylic and Poly Acrylic Nit riel were also considered as admixtures together with lime stone powder. The flexural strength, ductility, density, moisture and water absorption, swelling due to water and volume change due to moisture were determined. The morphology of the specimens made was studied using the Scanning Electronic Microscope (SEM). The results show that the production of cement boards is possible in three ways: 1) Using cellulous fibers alone. 2) Combining the Acrylic fibers with cellulous fibers. 3) Blending of Acrylic fibers, Poly Acrylic Nitriel resin and cellulous fibers. It is important to note that there are a large number of factors which affect the composite properties. These factors are physical, mechanical and durability properties, type and amount of the admixtures, type and amount of resin, production method and process. Therefore it is utterly important to optimize the mixture design of the ingredients used in the Lab and modified it to the factory process and find the best mixture design by try and error in the factory production line.