مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

بررسی اثر مواد استخراجی، خاکستر و دانسیته بر ضریب هدایت حرارتی در پنج گونه‌ چوبی (نراد، توسکا، گل ابریشم، چنار و گردو)

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوا فضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران ایران
2 گروه پالایش زیستی، دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوا فضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
10.22034/ijwp.2025.2052485.1700
چکیده
بیان مساله و اهداف: چوب به عنوان یک ماده طبیعی و پرکاربرد در صنایع مختلف، دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی متنوعی است که بر کاربردهای آن در صنایع مختلف تأثیر می‌گذارد. یکی از ویژگی‌های مهم فیزیکی چوب، ضریب هدایت حرارتی آن است که تحت تأثیر عوامل متعددی قرار دارد که شناخت این عوامل اهمیت ویژه‌ای دارد. در این پژوهش، به بررسی تأثیر میزان مواد استخراجی، خاکستر و دانسیته بر ضریب هدایت حرارتی پنج گونه چوبی شامل نراد (Abies alba)، توسکا (Alnus glutinosa)، گل‌ابریشم (Albizia julibrissin)، چنار (Platanus orientalis) و گردو (Juglans regia) پرداخته شده است. هدف اصلی این مطالعه، بررسی ارتباط بین ترکیبات شیمیایی، فیزیکی و ساختاری چوب با ضریب هدایت حرارتی آن جهت بهبود کاربردهای صنعتی است.
مواد و روشها: برای این منظور، از هر گونه 3 نمونه سالم و بدون گره با ابعاد 2×20×20 سانتی‌متر در جهت بینابینی از درختان روییده در جنگل‌های نوشهر تهیه شد. نمونه‌ها به مدت دو هفته در اتاق کلیما با رطوبت نسبی 60 درصد و دمای 20 درجه سانتی‌گراد قرار گرفتند تا به رطوبت تعادل 12 درصد برسند. اندازه‌گیری ضریب هدایت حرارتی با استفاده از دستگاهی مطابق با استاندارد ASTM C177 انجام شد. همچنین، اندازه‌گیری دانسیته بر اساس استاندارد ISO 3131 و تعیین مواد استخراجی و خاکستر طبق استانداردهای T280 و T211 آیین‌نامه TAPPI صورت گرفت.
نتایج: نتایج نشان داد که گردو با دانسیته66/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب بیشترین و نراد با 42/0 گرم بر سانتی‌متر مکعب کمترین دانسیته را دارند. چنار با 09/3 درصد بیشترین و گردو با 33/1 درصد کمترین میزان خاکستر را دارا بودند. در مورد مواد استخراجی، گل‌ابریشم با 98/3 درصد بیشترین و توسکا با 77/0 درصد کمترین مقدار را نشان دادند. تحلیل آماری نشان داد که اختلاف معناداری در دانسیته، خاکستر و مواد استخراجی بین گونه‌ها در سطح اطمینان 95 درصد وجود دارد. همچنین، نتایج نشان داد که گونه‌هایی با دانسیته بالاتر و میزان مواد استخراجی بیشتر، ضریب هدایت حرارتی بالاتری نیز دارند. به عنوان مثال، گل‌ابریشم دارای بالاترین ضریب هدایت حرارتی (253/0 w/m.°c) و نراد دارای کمترین مقدار (129/0 w/m.°c) بود. این امر می‌تواند به دلیل کاهش تخلخل و جایگزینی هوای موجود در خلل و فرج چوب با مواد استخراجی باشد که منجر به افزایش انتقال حرارت می‌شود. خاکستر موجود در چوب نیز می‌تواند بر ضریب هدایت حرارتی تأثیرگذار باشد، اما به تنهایی عامل تعیین‌کننده‌ای نیست. همبستگی بین مواد استخراجی و دانسیته با ضریب هدایت حرارتی مثبت و قوی و همبستگی خاکستر و ضریب هدایت حرارتی منفی و ضعیف است.
نتیجه­ گیری: نتایج این پژوهش نشان‌دهنده اهمیت ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی چوب در تعیین ضریب هدایت حرارتی آن است. این اطلاعات می‌تواند در صنایع مختلف مانند ساختمان‌سازی، طراحی داخلی، تولید محصولات چوبی و برنامه‌ریزی‌های چوب خشک‌کنی مورد استفاده قرار گیرد. شناخت دقیق‌تر از این ویژگی‌ها، کمک می‌کند تا گونه‌های چوبی برای کاربردهای مناسب انتخاب شوند و بهره‌وری و کارایی محصولات را افزایش دهند. به طور کلی، این تحقیق نشان می‌دهد که علاوه بر دانسیته، مواد استخراجی نقش مهمی در ضریب هدایت حرارتی چوب ایفا می‌کند؛ بنابراین، در نظر گرفتن ترکیبات شیمیایی چوب در کنار خواص فیزیکی آن، برای بهبود فرآیندهای صنعتی و توسعه کاربردهای نوین از اهمیت بالایی برخوردار است.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Enayati, A. A., 2010. Wood Physics, University of Tehran Press,Tehran, Iran, 2nd Editinon, 317 p. (In Persian).
[2] Rassoulinejad Mousavi, S.M., Barzegar, M. and Layeghi, M., 2011. A Comparison between Thermal Conductivity of Populus Alba, Carpinus Betulus and Acer Laetum Woods. Journal of Sciences and Techniques in natural resources. 5(4), pp.11-16 (in Persian). https://sid.ir/paper/375795/en
[3] Layeghi, M., Binaye Salab, M. and Hashemi Moghadam, S.A., 2010. Investigation on the nano silver on the properties mechanical and thermal conductivity in particleboard. In: New technologies in the wood and paper industry. Chalous, Iran, May. 17-18: 147-148.
[4] Hosseini, S. S., Shahrjerdi, A. 2022. 'Experimental Study of Thermal and Mechanical Properties of Wood Boards Processed with Hard Recycled Skin of Walnut and Pistachio', Amirkabir Journal of Mechanical Engineering, 54(8), pp.1933-1944. doi: 10.22060/mej.2022.20716.7302
[5] Oumarou, N., Kocaefe, D. and Kocaefe, Y., 2015. Some investigations on moisture injection, moisture diffusivity and thermal conductivity using a three-dimensional computation of wood heat treatment at high temperature. International Communications in Heat and Mass Transfer, 61, pp.153-161. doi: org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2014.12.014
[6] Yapici, F., Ozcifci, A., Esen, R. and Kurt, S., 2011. The effect of Grain Angle and Species on Thermal Conductivity of Some selected wood Species. BioResources. 6(3), pp.2757- 2762. DOI:10.15376/BIORES.6.3.2757-2762
[7] Sahin Kol, H., Uysal, B., Kurt, S. and Ozcan, C., 2010. Thermal Conductivity of oak impregnated with Some chemicals and finished. BioResources. 5(2), pp.545- 555. DOI:10.15376/BIORES.5.2.545-555
[8] Sahin Kol, H., 2009. Thermal and Dielectric properties of pine wood in the transverse Direction. BioResources. 4(4), pp.1603- 1669. DOI:10.15376/BIORES.4.4.1663-1669
[9] Hunt, J.F. and Gu, H., 2006. Two- Dimensional Finite Element heat transfer Model of soft wood. Part I. Effective Thermal Conductivity. Wood and Fiber science, 38 (4), pp.592-598.
[10] Xie, Y., Yang, Q. And Zhang, B., 2005. Cross- grain cofficent of thermal conductivity for wood. In: international iufro wood drying conference, 9th, pp.101-106.
[11] Zarr, R. R., Dalton, G. R. and Fiorovante, S. M., Dedelopment of a NIST Standard Reference Database for Thermal Conductivity of Building Materials, National Institute of Standards and Technology.
[12] Tappi Standards, 2018. Regulations and Style Guidelines, Technical Association of pulp & paper industry, 92 pp.
[13] Tajik, M., Vaysi, R. and Kiaei, M., 2014. Extraction, Identification and comparison of Organically chemical components in extractive of bark and wood from Eucalyptus by Gas Chromatography-Mass spectrometry. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 29(WINTER 4), pp.644-652. doi: 10.22092/ijwpr.2014.8480
[14] Tajik, M. and Vaysi, R., 2013. Identification and comparison of chemical components in extractive of bark and wood from willow byGas chromatography–Mass spectrometry, Journal of Sciences and Techniques in Natural Resources. 8 (3), pp.67-75.
[15] Vaysi, R. and Tajik, M., 2015. An Investigation on the Physical, Chemical, and Biometrical Properties of Planted Bamboo. Lignocellulose و vol, 4, pp.50-57.
[16] Moien, R., Layeghi, M., Lotfi, S. 2011. 'Design, Construction, and Performance Analysis of a Wood Thermal Conductivity Measurement Device using Flat Plate Heat Pipes', Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 1(2), pp.115-123. Doi: 20.1001.1.20089066.1389.1.2.9.5
[17] Motie, N., Ebrahimi, G., Tajvidi, M., Layeghi, M. (2013). 'Minimizing hot-press time in the manufacturing process of wood plastic composites', Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 4(2), pp.79-90. DOI: 20.1001.1.20089066.1392.4.2.8.5