مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

بهبود مقاومت خمشی کامپوزیت پانل ساندویچی تخته فیبر-فوم پلی‌استایرن از طریق طراحی شیارهای سطح زیرین لایه‌های بیرونی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشگاه زابل، زابل، ایران
2 گروه چوب و کاغذ- دانشکده منابع طبیعی- دانشگاه زابل
3 دانشیارگروه علوم و صنایع چوب و کاغذ،دانشگاه زابل، زابل، ایران
4 دانشجوی مقطع دکتری،گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه زابل، زابل، ایران
10.22034/ijwp.2025.2059283.1706
چکیده
بیان مساله و اهداف: یکی از مهم‌ترین اجزای پانل‌های ساندویچی که در عملکرد کلی سازه تأثیر قابل توجهی دارد، خط چسبندگی بین لایه بیرونی و هسته داخلی است. این خط چسبندگی به عنوان یک پیوند بحرانی در انتقال بارهای مکانیکی، به‌ویژه نیروهای کششی، فشاری و برشی، عمل می‌کند. در واقع، چسبندگی مؤثر بین لایه‌های مختلف از جمله عواملی است که پایداری و استحکام سازه‌های ساندویچی را تضمین می‌کند. هرگونه نقص در این خط چسبندگی می‌تواند منجر به مشکلات جدی مانند جدا شدن لایه‌ها، ایجاد ترک‌های مکانیکی، و در نهایت شکست سازه شود. برای بهبود چسبندگی مکانیکی و افزایش استحکام پانل‌های ساندویچی، استفاده از تکنیک‌های پردازش سطح یکی از روش‌های کارآمد است. پردازش سطح شامل ایجاد تغییراتی بر روی سطح لایه بیرونی، نظیر ایجاد شیارها، الگوها و طرح‌های مختلف است که باعث افزایش سطح تماس و بهبود اتصال مکانیکی بین لایه‌ها و هسته داخلی می‌شود. از این رو ، در این تحقیق تأثیر نوع طرح و عمق شیارهای ایجاد شده در سطح زیرین پوسته (تخته فیبر دانسیته متوسط) پانل‌های ساندویچی بر عملکر خمشی آن مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها: در این مطالعه برای پوسته پانل ساندویچی تخته فیبر با دانسیته متوسط با دانسیته 690 کیلو گرم بر متر مکعب و ضخامت 3 میلی‌متر و ساخت شرکت پاک چوب و برای مغزی یا همان هسته پانل فوم پلی‌استایرن منبسط‌شده با دانسیته 25 کیلوگرم بر متر مکعب و ضخامت 3 سانتی‌متر، ساخت شرکت صنعت ساختمان آریا در نظر گرفته شد. شیارها با طرح‌های مختلف (موازی و موازی و عمود بر طول پانل) و عمق‌های متفاوت (5/0 و 4 میلی‌متر) بر سطح زیرین لایه‌های رویی و زیری تخته فیبر با دانسیته متوسط، توسط دستگاه CNC با کنترل نرخ تغذیه ایجاد شدند. از دو نوع چسب، شامل چسب پلی وینیل استات (PVA) و پلی‌اورتان دو جژئی (PU) برای متصل کردن لایه‌ها استفاده شد. آزمون‌های مکانیکی طبق استانداردهای بین‌المللی انجام و نتایج با کمک نرم‌افزار آماری SPSS مورد تحلیل قرار گرفت.

نتایج: نتایج نشان داد چسب پلی ونیل استات عملکرد بهتری در بهبود خواص خمشی پانل های ساندویچی دارد، بطوریکه با تغییر نوع چسب از پلی‌اورتان به پلی ونیل استات مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته به ترتیب حدود 67 و 59 درصد افزایش می‌یابد. با ایجاد شیارهای موازی و موازی و عمود بر طول پانل ساندویچی، مقاومت خمشی به ترتیب 29 و 15 درصد و مدول الاستیسیته به ترتیب 39 و 21 درصد، نسبت نمونه‌های شاهد افزایش یافت. همچنین با افزایش عمق شیار به 5/0 و سپس 1 میلی‌متر مقاومت خمشی به ترتیب 36 و 17 درصد و مدول الاستیسیته به ترتیب 40 و 17 درصد افزایش نشان داد..
نتیجه گیری: نتایج این تحقیق به خوبی نشان داد که ترکیب الگو و عمق شیار، می‌تواند به خوبی نیروی ناشی از خمش را به‌طور یکنواخت در سطح پانل توزیع کرده و از تمرکز تنش در نقاط بحرانی جلوگیری کند. این نتایج اهمیت طراحی بهینه شیارها و انتخاب چسب مناسب را در بهبود خواص مکانیکی پانل‌های ساندویچی برجسته می‌کند. ترکیب PVA با شیارهای ترکیبی و عمق 1 میلی‌متر می‌تواند به‌عنوان یک راهکار ایده‌آل برای دستیابی به پانل‌هایی با استحکام خمشی بالا در کاربردهای صنعتی و مهندسی مورد استفاده قرار گیرد. از سوی دیگر این نتایج نشان می‌دهند که برای بهره‌برداری از چسب PU لازم است شرایط فرآیند تولید و طراحی شیارها به‌گونه‌ای بهینه شوند که محدودیت‌های آن را جبران کنند.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Fang, H., Sun, H., Liu, W., Wang, L., Bai, Y., & Hui, D. (2015). Mechanical performance of innovative GFRP-bamboo-wood sandwich beams: Experimental and modelling investigation. Composites Part B: Engineering, 79, 182-196.
[2] Mohamed, M., Anandan, S., Huo, Z., Birman, V., Volz, J., & Chandrashekhara, K. (2015). Manufacturing and characterization of polyurethane based sandwich composite structures. Composite Structures, 123, 169-179.
[3] Wisadsatorn, S., & Phohchuay, P. (2008). Utilization of sandwich insulated panels made from wood composite and cellular natural rubber. Srinakharinwirot Sci. J, 34, 18-30.
[4] Wisadsatorn, S., & Phohchuay, P. (2008). Utilization of sandwich insulated panels made from wood composite and cellular natural rubber. Srinakharinwirot Sci. J, 34, 18-30.
[5] Demirkir, C., Colak, S., & Aydin, I. (2013). Some technological properties of wood–styrofoam composite panels. Composites Part B: Engineering, 55, 513-517.
[6] Naat, N., Boutar, Y., Naimi, S., Mezlini, S., & Da Silva, L. F. M. (2023). Effect of surface texture on the mechanical performance of bonded joints: a review. The Journal of Adhesion, 99(2), 166-258.
[7] Da Silva, L. F., Ferreira, N. M. A. J., Richter-Trummer, V., & Marques, E. A. S. (2010). Effect of grooves on the strength of adhesively bonded joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, 30(8), 735-743.
 [8] Budhe, S., Ghumatkar, A., Birajdar, N., & Banea, M. D. (2015). Effect of surface roughness using different adherend materials on the adhesive bond strength. Applied Adhesion Science, 3(1), 20.
[9] Alderucci, T., Borsellino, C., & Di Bella, G. (2022). Effect of surface pattern on strength of structural lightweight bonded joints for marine applications. International Journal of Adhesion and Adhesives, 117, 103005.
[10] Rudawska, A., Danczak, I., Müller, M., & Valasek, P. (2016). The effect of sandblasting on surface properties for adhesion. International journal of adhesion and adhesives, 70, 176-190.
[11] Da Silva, L. F., Ferreira, N. M. A. J., Richter-Trummer, V., & Marques, E. A. S. (2010). Effect of grooves on the strength of adhesively bonded joints. International Journal of Adhesion and Adhesives, 30(8), 735-743.
[12] Gholami V, Taheri-Behrooz F, Memar-Maher B. (2021). Measurement of face to core debonding fracture toughness of core grooved sandwich structures under mode I of loading. Modares Mechanical Engineering,21(4):263-272. URL: http://mme.modares.ac.ir/article-15-46818-en.html (In Persian).
[13] Klimek, P., Wimmer, R., Brabec, M., & Sebera, V. (2016). Novel sandwich panel with interlocking plywood kagome lattice core and grooved particleboard11(1), 195-208.
[14] Yokozeki, T., & Iwamoto, K. (2016). Effects of core machining configuration on the debonding toughness of foam core sandwich panels. Advanced Composite Materials, 25(1), 45-58.
[15] Akman, E., Bora, M. Ö., Coban, O., & Oztoprak, B. G. (2021). Laser-induced groove optimization for Al/CFRP adhesive joint strength. International Journal of Adhesion and Adhesives, 107, 102830.
[16] Truxel, A., Aviles, F., Carlsson, L. A., Grenestedt, J. L., & Millay, K. (2006). Influence of face/core interface on debond toughness of foam and balsa cored sandwich. Journal of Sandwich Structures & Materials, 8(3), 237-258.
[17] Hirose, Y., Matsuda, H., Matsubara, G. O., Inamura, F., & Hojo, M. (2009). Evaluation of new crack suppression method for foam core sandwich panel
via fracture toughness tests and analyses under Mode-I type loading. Journal of Sandwich Structures & Materials, 11(6), 451-470.
[18] Miao, X. Y., Lu, R., & Chen, X. (2021). Fracture behaviour of foam core sandwich structures with manufacturing defects using phase-field modelling. Composite Structures, 274, 114294.
[19] Ghofrani, M., Pishan, S. and Talaei, A. (2014). The effect of core type and skin on the mechanical properties of lightweight sandwich Panels. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research28(4), 720-731. doi: 10.22092/ijwpr.2014.4462. (In Persian).
[20] Núñez-Decap, M., Barra-Rodríguez, Y., Opazo-Carlsson, C., Moya-Rojas, B., Vidal-Vega, M., & Opazo-Vega, A. (2022). Use of carbon and basalt fibers with adhesives to improve physical and mechanical properties of plywood. Applied Sciences, 12(10), 5114.
[21] Chanda, A., Kim, N. K., & Bhattacharyya, D. (2022). Effects of adhesive systems on the mechanical and fire-reaction properties of wood veneer laminates. Composites Science and Technology, 230, 109331.
[22] Gholami, V., Taheri-Behrooz, F., & Memar Maher, B. (2022). Fracture toughness and crack growth resistance of sandwich panels with grooved cores. Journal of Sandwich Structures & Materials, 24(3), 1746-1767.
[23] Colak, S., & Colakoglu, G. (2006). Effects of wood species and adhesive types on the amount of volatile acetic acid of plywood by using desiccator-method. Holz als Roh-und Werkstoff, 64, 513-514.
[24] Jorda, J., Kain, G., Barbu, M. C., Petutschnigg, A., & Král, P. (2021). Influence of adhesive systems on the mechanical and physical properties of flax fiber reinforced beech plywood. Polymers, 13(18),3086.