Ahşap plastik nedir? Tanımı, türleri, uygulamaları ve Thermowood ile karşılaştırması

giriiş

Wood-Plastic Composite (WPC) is a composite material that has gained much attention in recent years due to its unique combination of properties. It is made of wood fibers or flour combined with thermoplastic polymers, resulting in a highly versatile material that combines the natural beauty of wood with the durability and functionality of plastic. This article provides an overview of WPC, including its introduction, key properties, types, applications, and comparison with Thermowood.

Anahtar kelimeler: Ahşap plastik kompozit, WPC, hibrit malzemeler, ahşap lifleri, termoplastik polimerler, termoahşap.

giriiş

Ahşap plastik kompozit (WPC), geleneksel yapı malzemelerine çevre dostu bir alternatif olarak ortaya çıkan nispeten yeni bir malzemedir. WPC’lerde ahşap lifleri ve termoplastik polimerlerin birleşimi, her iki ana bileşeninin de faydalı özelliklerini bir araya getiren bir malzeme ortaya çıkarır. Bu benzersiz kombinasyon, olağanüstü mekanik özellikleri, çevresel sürdürülebilirliği ve estetik çekiciliği nedeniyle inşaat, otomotiv, mobilya vb. dahil olmak üzere çeşitli sektörlerden büyük ilgi görmüştür.

Ahşap plastik kompozitlerin tanımı ve türleri

Ahşap-plastik kompozitler tipik olarak talaş, ağaç gövdelerinden elde edilen odun yongaları ve tarımsal atıklar da dahil olmak üzere çeşitli kaynaklardan elde edilen odun lifleri veya unlarının karışımından yapılır. Bu doğal lifler, matris malzemesi görevi gören ve odun liflerini bir arada tutan polietilen, polipropilen, PVC vb. gibi termoplastik polimerlerle birleştirilir (Şekil 1). Son ürünün genel performansını ve ömrünü iyileştirmek için, birleştirme işlemi sırasında ham maddelere genellikle bağlayıcı maddeler, ışık stabilizatörleri, boyalar ve yağlayıcılar gibi katkı maddeleri eklenir. Ahşap-plastik polimerlerin hazırlanma yöntemleri iki genel kategoriye ayrılabilir: ekstrüzyon ve enjeksiyon kalıplama. Ekstrüzyon, çit, zemin kaplaması ve dış mekan uygulamaları gibi alanlarda yaygın olarak kullanılır; enjeksiyon kalıplama işlemi ise genellikle otomotiv, mobilya ve diğer kullanımlar dahil olmak üzere daha karmaşık ürünlerin üretiminde kullanılır.

Ahşap plastik kompozitlerin türleri, kullanılan ahşap türüne ve polimer türüne göre sınıflandırılabilir. En yaygın türler şunlardır:

Polietilen bazlı ahşap plastik

Bu malzemeler tipik olarak, çeşitli ağaç kaynaklarından elde edilebilen ağaç lifleri veya unu ile yaygın olarak kullanılan bir termoplastik polimer olan polietilenin birleşiminden oluşur. Ağaç lifleri, nihai ürünün doğal güzelliğine ve takviyesine katkıda bulunurken, polietilen bağlayıcı görevi görerek nihai kompozite mukavemet ve dayanıklılık gibi özellikler kazandırır. Polietilen bazlı ağaç-plastik üretimi, ağaç lifleri ve polietilenin birleştirilip ekstrüzyon veya enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle işlendiği hibrit bir süreci içerir. Üretim sürecinde, belirli özellikleri geliştirmek ve nihai kompozitin genel performansını iyileştirmek için ham maddelere bağlayıcı maddeler, UV stabilizatörleri ve boyalar gibi katkı maddeleri eklenebilir. Ağaç-plastik kompozitlerin üretim süreci, ağaç lifleri ve termoplastik polimerlerin karıştırıldığı bir karıştırma adımını ve ardından karışımın ekstrüzyon veya enjeksiyon kalıplama yoluyla işlendiği bir şekillendirme adımını içerir. Bu işlemler sırasında, kompozit malzeme çeşitli şekil ve boyutlarda kalıplanabilir, bu da onu çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir (Şekil 2).

Polietilen esaslı ahşap plastiğin özellikleri

Polietilen bazlı ahşap plastik, geleneksel ahşap ve diğer malzemelere mükemmel bir alternatif olmasını sağlayan çok çeşitli arzu edilen özellikler sergiler:

Hava koşullarına dayanıklılık

Polietilen bazlı ahşap plastik, nem, UV radyasyonu ve sıcaklık değişimleri gibi çevresel faktörlere karşı oldukça dayanıklıdır. Bu özellik, minimum bozulma ve mükemmel boyutsal kararlılık sağlayarak onu dış mekan uygulamaları için ideal hale getirir (Şekil 3).

Dayanıklılık

Ahşap lifleri ve polietilenin birleşimi, doğal ahşaptan daha dayanıklı ve uzun ömürlü bir kompozit malzeme oluşturur. Çürüme ve böcek hasarına karşı dirençlidir, bu da nihai ürünün uzun ömürlü olmasını sağlar.

Yeterlik

Polietilen bazlı ahşap plastik, üretim sürecinde kolayca kalıplanıp şekillendirilebildiği için çeşitli uygulamalar için karmaşık tasarımlar ve profiller oluşturulmasına olanak tanır.

Düşük bakım gereksinimi

Normal ahşabın aksine, polietilen bazlı ahşap görünümlü plastik minimum bakım gerektirir. Ayrıca, iyi görünümünü ve performansını korumak için düzenli olarak vernikleme, boyama veya vernikleme gerektirmez.

Çevre dostu

Geri dönüştürülmüş veya yenilenebilir ağaç lifleri ve geri dönüştürülebilir bir termoplastik kullanılarak üretilen polietilen bazlı ağaç plastiği, yalnızca yenilenemeyen kaynaklara dayanan malzemelere göre çevre açısından daha dosttur (Şekil 4).

Polipropilen esaslı ahşap plastik

Polipropilen bazlı ahşap-plastik kompozitler, polietilen bazlı ahşap-plastik kompozitlere kıyasla daha iyi sertlik ve ısı direnci sunar. Polipropilen bazlı ahşap-plastik kompozitler, termoplastik polimer bileşeni olarak polipropilen kullanan başka bir ahşap-plastik kompozit türüdür. Diğer ahşap-plastik kompozit türleri gibi, bu kategori de benzersiz özellikleri ve faydaları nedeniyle çeşitli endüstrilerde popülerlik kazanmıştır. Polipropilenin ahşap lifleri veya unu ile birleştirilmesi, sertlik, ısı direnci ve diğer değerli özellikler sunan ve geniş bir uygulama yelpazesi için uygun hale getiren bir kompozit malzeme ile sonuçlanır. Polipropilen bazlı ahşap-plastik kompozitlerin üretim süreci, diğer ahşap-plastik kompozit türlerine benzer. Ahşap lifleri ve polipropilenin birleştirildiği ve sırasıyla ekstrüzyon veya enjeksiyon kalıplama yöntemleriyle işlendiği hibrit bir süreci içerir. Üretim sürecinde, belirli özellikleri geliştirmek ve kompozit malzemenin genel performansını iyileştirmek için katkı maddeleri eklenebilir (Şekil 5).

Polipropilen esaslı ahşap plastiğin özellikleri

Polipropilen bazlı ahşap plastik, çeşitli uygulamalar için tercih edilen bir malzeme olmasını sağlayan çok çeşitli değerli özellikler sunmaktadır. Bu özelliklerden bazıları şunlardır:

Sertlik ve dayanıklılık

Ahşap-plastik kompozitlerde kullanılan diğer termoplastik polimerlere kıyasla daha yüksek sertliğe sahip olması nedeniyle, polipropilen daha yüksek mukavemet ve yük taşıma kapasitesine sahip bir kompozit malzeme sunmaktadır.

Isı direnci

Polipropilen bazlı ahşap plastik, diğer bazı ahşap plastik türlerine göre daha iyi ısı direncine sahip olduğundan, sıcak ve güneşli iklimlerde kullanıma uygundur.

Boyutsal kararlılık

Polipropilenin ahşap liflerle birleştirilmesi, boyutsal stabiliteyi artırır ve zamanla eğilme veya deformasyon riskini azaltır.

Kimyasal direnç

Polipropilen bazlı ahşap görünümlü plastik, çeşitli kimyasallara ve çözücülere karşı dirençlidir ve dayanıklılığı ile dış mekan ve endüstriyel uygulamalar için uygunluğuyla bilinir.

Düşük su emme kapasitesi

Kompozitin içindeki polipropilen matris, elde edilen kompozitin daha az su emmesine yardımcı olarak, şişme veya çürüme gibi nemle ilgili sorunlara karşı daha az hassas olmasını sağlar.

PVC esaslı ahşap plastik (PVC)

PVC bazlı ahşap-plastik kompozitler, sert hava koşullarına dayanıklılığı ve mükemmel kimyasal direnciyle bilinen, yaygın olarak kullanılan bir termoplastik polimer olan polivinil klorür (PVC) ile karıştırılmış ahşap lifleri veya unundan oluşur. Ahşap lifleri doğal güzellik ve takviye sağlarken, PVC ise kompozite sağlamlık ve uzun vadeli performans kazandıran bir matris malzemesi görevi görür. PVC bazlı ahşap-plastik kompozitler, çeşitli endüstrilerde iç ve dış mekan uygulamaları için popüler bir seçim olmalarını sağlayan çok çeşitli faydalı özellikler sunar (Şekil 6).

PVC esaslı ahşap plastiğin özellikleri

PVC esaslı ahşap plastik, çeşitli uygulamalar için uygun bir seçim olmasını sağlayan bir dizi faydalı özellik sunmaktadır; bunlar arasında şunlar yer almaktadır:

Hava koşullarına dayanıklılık: PVC doğal olarak hava koşullarına dayanıklıdır, bu da PVC bazlı ahşap plastik kompozitleri çok dayanıklı ve dış mekan uygulamaları için uygun hale getirir. Ürün, güneş ışığına, yağmura ve zorlu çevre koşullarına önemli bir bozulma olmadan dayanabilir.

Kimyasal direnç: PVC esaslı ahşap plastik, asitler, bazlar ve tuzlu su dahil olmak üzere çok çeşitli kimyasallara karşı dirençlidir ve bu da onu denizcilik ve endüstriyel uygulamalar için uygun hale getirir.

Düşük su emme özelliği: Kompozitte PVC’nin bulunması, düşük su emme özelliğine katkıda bulunur ve neme maruz kaldığında minimum düzeyde şişme veya çürüme gösterir.

Doğal güzellik: Ahşap-plastik kompozitler, ahşabın doğal görünümünü ve dokusunu korur ve geleneksel plastiklere güzel bir alternatiftir.

Düşük bakım gereksinimi: Geleneksel ahşabın aksine, ahşap-plastik kompozitler minimum bakım gerektirir ve görünümünü ve performansını korumak için boyama, vernikleme veya koruyucu kaplama gerektirmez.

Termit ve çürüme direnci: PVC bazlı ahşap plastik, termit saldırılarına ve bunun sonucunda oluşan çürümeye karşı doğal olarak dirençlidir, bu da ürünün ömrünü uzatır ve sık bakım ihtiyacını azaltır (Şekil 7).

Renk stabilitesi: PVC bazlı plastik ahşap, zaman içinde renk stabilitesini korur ve sık sık boyama gerektirmez; bu da geleneksel ahşaba göre önemli bir avantajdır.

Ahşap Plastik Kompozit Uygulamaları

Ahşap-plastik kompozitlerin çok yönlülüğü, onları aşağıdakiler de dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir:

İnşaat ve yapı sektörü

Ahşap-plastik kompozitler, çevresel koşullara dayanıklılıkları ve düşük bakım gereksinimleri nedeniyle verandalar, korkuluklar, çitler ve diğer uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 8).

Mobilya sektörü

Kontrplak, masa, sandalye ve dolap gibi çeşitli mobilyaların üretiminde kullanılır ve hem dayanıklı hem de estetik açıdan hoş bir seçenek sunar.

Araba

Ahşap-plastik kompozitler, otomobillerin iç bileşenlerinde kullanılarak ağırlığı azaltmaya ve dayanıklılığı artırmaya yardımcı olur.

Ambalajlama

Ahşap bazlı plastik, çevre dostu, hafif ambalaj malzemeleri üretmek ve ambalaj atıklarının çevre üzerindeki etkisini azaltmak için kullanılır.

Peyzaj düzenlemesi

Ahşap-plastik, çardaklar, banklar ve saksılar gibi dış mekan yapılarında kullanılarak estetik ve uzun ömürlü bir çözüm sunar.
Şekil 9, ahşap-plastik kompozitlerin çeşitli endüstrilerdeki farklı uygulamalarından bazılarını göstermektedir.

Daha önce de belirtildiği gibi, katkı maddeleri çeşitli ahşap-plastik kompozitlerin üretiminde hayati bir rol oynamaktadır. Tablo 1 ve 2, poliolefin ve PVC bazlı ahşap-plastik kompozitlerde kullanılan bazı katkı maddelerini göstermektedir.

Tablo 1: Poliolefin bazlı ahşap-plastik kompozitlerde kullanılan katkı maddeleri

Tablo 2: PVC esaslı ahşap-plastik kompozitlerde kullanılan katkı maddeleri

Ahşap plastik kompozitler ve termoahşap arasındaki fark

Hem WPC hem de Thermowood, geleneksel ahşaba çevre dostu alternatifler sunarken, bileşimleri ve özellikleri bakımından farklılık gösterirler. Konuyu açıklığa kavuşturmak için öncelikle Thermowood’u tanımlamak, ardından uygulamalarını ve geleneksel ahşap ve WPC’den farklılıklarını ele almak en doğrusudur.
Termo ahşap, çam veya ladin gibi doğal yumuşak ağaçların ısı işlemine tabi tutulmasıyla üretilen bir tür modifiye ahşaptır. Bu işlem, ahşabın oksijensiz ortamda yüksek sıcaklıklara (tipik olarak 160°C ile 230°C arasında) ısıtılmasını içerir (termal modifikasyon veya ısı işlemi olarak bilinen bir işlem). Isı işlemi, ahşabın kimyasal ve fiziksel özelliklerini değiştirerek daha kararlı, dayanıklı ve çürümeye karşı dirençli bir malzeme elde edilmesini sağlar.

Termoahşabın Kullanım Alanları

Termowood, geliştirilmiş özellikleri nedeniyle (Şekil 10) ağırlıklı olarak dış mekan uygulamalarında kullanılır. Ayrıca aşağıda belirtilen bazı uygulamalar da dahil olmak üzere çeşitli alanlarda kullanılır.
Çitler: Termowood, geliştirilmiş stabilitesi ve çürümeye karşı direnci nedeniyle çitler için iyi bir seçimdir; bu da onu geleneksel ahşaba göre dış mekan ortamlarında daha dayanıklı hale getirir.
Cephe kaplaması: Hava koşullarına dayanıklılığı ve görünümü nedeniyle, binaların dış cephe kaplaması ve cephelerinde yaygın olarak kullanılır.
Dış mekan mobilyaları: Termowood’un stabilitesi ve çürümeye karşı direnci, masa, sandalye ve bank gibi dış mekan mobilyalarının yapımında kullanılmasını uygun hale getirir.
Bahçe yapıları: Hava koşullarına ve çürümeye karşı direnci nedeniyle, çardaklar ve teraslar gibi bahçe yapılarında kullanılır.

Ahşap-plastik kompozitler ve Thermowood arasındaki farklar

• Malzeme bileşimi: Ahşap-plast, ahşap lifleri ve termoplastik polimerlerden yapılmış kompozit bir malzemedir; Thermowood ise özelliklerini geliştirmek için ısıl işlemden geçirilmiş doğal ahşaptır.
• Estetik: Ahşap görünümlü plastik, ahşabın görünümünü korur ancak görünümü doğal ahşaba tam olarak benzemeyebilir. Termo ahşap ise doğal ahşabın orijinal estetiğini korur.
• Dayanıklılık: Ahşap plastik çok dayanıklıdır, neme, çürümeye ve böcek istilasına karşı dirençlidir. Termo ahşap, normal ahşaptan daha dayanıklı olmasına rağmen, uygun şekilde bakımı yapılmazsa yine de çürümeye karşı hassas olabilir.
• İşlenebilirlik: Ahşap-plast, yapım sırasında çeşitli şekillere kolayca kalıplanabildiği için Thermowood’a kıyasla daha iyi işlenebilirlik sunar.

Çözüm

Ahşap plastik kompozit (WPC), ahşabın doğal güzelliğini termoplastik polimerlerin dayanıklılığı ve çok yönlülüğüyle birleştiren olağanüstü özelliklere sahip hibrit bir malzemedir. İnşaattan otomotive kadar uzanan çeşitli uygulamaları, onu çevre dostu bir alternatif haline getirmektedir. Hem WPC hem de Thermowood sürdürülebilir seçenekler sunarken, bileşim ve özellikleri bakımından farklılık göstererek tüketicilerin özel ihtiyaçlarına en uygun malzemeyi seçmelerine olanak tanır. Teknoloji ve araştırmalar ilerledikçe, WPC’nin uygulamalarının genişlemesi ve dünya çapında çeşitli endüstrileri olumlu yönde etkilemesi muhtemeldir. Şekil 11, yukarıda sunulan çeşitli termoplastik polimerlere dayalı ahşap plastik kompozitlerin üretiminden tüketimine ve geri dönüşümüne ilişkin bir özet sunmaktadır.

Derleyen: Zahra Davatgari
Bilimsel Editör: Müh. Ali Mohammad Kermani, Dr. Mehrnaz Bahadori

Kaynaklar

1. Kim, J., Pal, K., & Jung, K. (2018). Recent Advances in the Processing of Wood-Plastic Composites. Composites Part B: Engineering, 142, 75-85.
2.Thermowood Handbook. (2020). Finnish Thermowood Association. Retrieved from http://www.thermowood.fi/en/handbook.

3. Rautkari, L., & Hughes, M. (2019). Wood Modification Technologies: A Review. Construction and Building Materials, 213, 511-526.

4. Clemons, C. (2002). Wood-plastic composites in the United States: The interfacing of two industries. Forest Products Journal, 52(6), 10-18.