بهینه‌سازی فرآیند گرمادهی رادیو فرکانس در ساخت تخته‌لایه با استفاده از رزین اصلاح شده با نانو مواد مغناطیسی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه تکنولوژی و مهندسی چوب، دانشکدة مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی، گرگان، ایران.

10.22059/jfwp.2025.400560.1364

چکیده

یکی از زمینه‌های مورد توجه در حوزه ارتقاء کیفیت محصولات، استفاده از نانوفناوری در بهینه‌سازی فرآیندهای تولید می­باشد. در این تحقیق، به مدل­سازی و بهینه‌سازی فرآیند انعقاد رزین در تخته‌لایه‌های تولید شده به‌وسیلة گرمادهی رادیوفرکانس با استفاده از نانومواد مغناطیسی به روش سطح پاسخ (RSM) پرداخته شده است. برای این منظور، نانومواد سوپرپارامغناطیس اکسید آهن پوشش­دار شده در مقادیر مختلف (2، 11 و 20 درصد) به ماتریس چسب اوره فرمالدهید اضافه گردید. تخته‌لایه­های این تحقیق توسط پرس صنعتی مجهز به گرمادهی رادیوفرکانس در ابعاد 500 × 500 میلی­متر، ضخامت 12 میلی­متر به‌صورت هفت‌لایه ساخته شدند. متغیرهای مربوط به پرس رادیوفرکانس شامل جریان الکترودها (0/3، 0/45 و 0/6 آمپر) و زمان پرس (40، 80 و 120 ثانیه) بود. نتایج نشان داد که استفاده از نانومواد سوپرپارامغناطیس، منجر به بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی تخته‌لایه می‌شود. افزایش جریان الکترودها موجب افت مقاومت به ضربه و مقاومت خمشی شد، اما در خصوص ویژگی‌های فیزیکی موجب بهبود (کاهش) جذب آب گردید. بررسی نمونه‌های تهیه‌شده از تخته‌ها نشان داد که در تیمارهای با جریان بالا و زمان پرس طولانی، تغییر رنگ و سوختگی نیز رخ می­دهد. به کمک بهینه‌سازی فرآیند و تنظیم جریان الکترودها، زمان پرس و مقدار نانو مواد به‌ترتیب در سطوح 0/4 آمپر، 64 ثانیه و 12/7 درصد می‌توان به کیفیت بالاتر بدون ایجاد سوختگی در لایه‌ها و همچنین مصرف کمتر انرژی با کاهش زمان پرس دست یافت. این سطوح در ساخت تخته­های جدید بکار گرفته شد و نتایج واقعی با مقادیر حاصل از پیش‌بینی مقایسه گردید. خطای مدل در پیش‌بینی مقاومت خمشی و مدول الاستیسیته ظاهری به‌ترتیب 24/88 و 17/99 درصد به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Optimization of radio frequency heating in plywood production by using modified resin with magnetic nanomaterials

نویسندگان [English]

  • Shayan Roohi
  • Hamidreza Edalat
  • Taghi Tabarsa
Department of Wood Technology and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan. Iran.
چکیده [English]

One area of interest for improvements in the quality and properties of manufactured products is the use of nanotechnology to optimize production processes. In this study, the modeling and optimization of the resin curing process in plywood produced by radiofrequency heating using magnetic nanomaterials were investigated using response surface methodology (RSM). For this purpose, encapsulated superparamagnetic iron oxide nanomaterials were added in different amounts (2%, 11%, and 20%) to the urea–formaldehyde adhesive matrix. The plywood panels were manufactured in seven layers using a press equipped with radiofrequency heating, with dimensions of 500 × 500 mm and a thickness of 12 mm. The radiofrequency pressing variables included electrode current (0.3, 0.45, and 0.6 amperes) and pressing time (40, 80, and 120 seconds). The results showed that the use of superparamagnetic nanomaterials improved the physical and mechanical properties of the plywood. Increasing the electrode current decreased impact strength and bending strength but reduced water absorption. Examination of the samples showed that high current and long pressing time caused discoloration and burning. Optimization indicated that adjusting the electrode current, pressing time, and nanomaterial content to 0.4 A, 64 s, and 12.7%, respectively, produced higher-quality boards without burning, reduced energy consumption, and maximized efficiency. These levels were applied to produce new boards, and the actual results closely matched the predicted values, with model errors of 24.88% for MOR and 17.99% for MOE.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Dielectric material
  • Electrode current
  • Encapsulated Nano materials
  • Intermolecular friction
  • Response surface

مراجع

  • Bartoszuk, K. & Kowaluk, G. (2024). Utilization of Fibrous Mat Residues from Upholstered Furniture as Sustainable Fillers in Plywood Production. Materials, 17(16), 4080.
  • Tusar, M.A., Zubair, A.A. & Akanda, M.A.S. (2024). Study of Mechanical Properties of Plywood and Its Application in Furniture. In Proceedings of the 14th International Conference on Mechanical Engineering (ICME 2023).
  • Bhushan, B. (2017). Introduction to nanotechnology. Springer Handbook of Nanotechnology, pp. 1-19.
  • Cheng, H.N., Kilgore, K., Ford, C., Fortier, C., Dowd, M.K. & He, Z. (2019). Cottonseed protein-based wood adhesive reinforced with nanocellulose. Journal of Adhesion Science and Technology, 33(12), 1357-1368.
  • Fritz, C. & Olivera, J.F. (2022). Nanocellulose in heterogeneous water-based polymerization for wood adhesives. Polysaccharides, 3(1), 219-235.
  • Terzi, E., Kartal, S. N., Yılgör, N., Rautkari, L. & Yoshimura, T. (2016). Role of various nano-particles in prevention of fungal decay, mold growth and termite attack in wood, and their effect on weathering properties and water repellency. International Biodeterioration & Biodegradation, 107, 77-87.
  • Sutrisno, Alamsyah, E.M., Syamsudin, T.S., Purwasasmita, B.S., Suzuki, S. & Kobori, H. (2020). The potential using of organic nanoparticles synthesized from Gmelina (Gmelina arborea) wood bark as nanofiller of wood adhesive: Physical, chemical and thermal properties. Journal of the Indian Academy of Wood Science, 17(2), 165-175.
  • Taghiyari, H.R. & Farajpour, B.O. (2013). Effect of copper nanoparticles on permeability, physical, and mechanical properties of particleboard. European Journal of Wood and Wood Products, 71(1), 69-77.
  • Cheng, L., Ren, S. & Lu, X. (2020). Application of eco-friendly waterborne polyurethane composite coating incorporated with nano cellulose crystalline and silver nano particles on wood antibacterial board. Polymers, 12(2), 407.
  • Mashkour, M., Tajvidi, M., Kimura, T., Kimura, F. & Ebrahimi, G. (2011). Fabricating unidirectional magnetic papers using permanent magnets to align magnetic nanoparticle covered natural cellulose fibers. BioResources, 6(4), 4731-4738.
  • Hou, Y., Chen, J., Pan, D. & Zhao, L. (2023). Directional-Freezing-Assisted In Situ Sol–Gel Strategy to Synthesize High-Strength, Fire-Resistant, and Hydrophobic Wood-Based Composite Aerogels for Thermal Insulation. Gels, 9(2), 170.
  • Wu, C., Shen, Y., Chen, M., Wang, K., Li, Y. & Cheng, Y. (2018). Recent Advances in Magnetic‐Nanomaterial‐Based Mechanotransduction for Cell Fate Regulation. Advanced Materials, 30(17), 1705673.
  • Rios, A., & Zougagh, M. (2016). Recent advances in magnetic nanomaterials for improving analytical processes. TrAC Trends in Analytical Chemistry,84(Part A), 72-83.
  • Zhang, Y.H., Gu, J.Y., Tan, H.Y., Zhud, L.B. & Di, M.W. (2010). Preparation of the plywood using UF resin modified with blocked isocyanates. Advanced Materials Research, 129, 445-447.
  • Alabduljabbar, H., Alyousef, R., Gul, W., Shah, S.R.A., Khan, A., Khan, R. & Alaskar, A. (2020). Effect of alumina nano-particles on physical and mechanical properties of medium density fiberboard. Materials, 13(18), 4207.
  • Moslemi, A., Behzad, T. & Pizzi, A. (2020). Addition of cellulose nanofibers extracted from rice straw to urea formaldehyde resin; effect on the adhesive characteristics and medium density fiberboard properties. International Journal of Adhesion and Adhesives, 99, 102582.
  • Xu, J., Han, G., Wong, E. D., & Kawai, S. (2003). Development of binderless particleboard from kenaf core using steam-injection pressing. Journal of wood science, 49, 327-332.
  • Xu, J., Sugawara, R., Widyorini, R., Han, G. & Kawai, S. (2004). Manufacture and properties of low-density binderless particleboard from kenaf core. Journal of Wood Science, 50, 62-67.
  • Bedelean, B. (2018). Application of artificial neural networks and Monte Carlo method for predicting the reliability of RF phytosanitary treatment of wood. European Journal of Wood and Wood Products, 76(4), 1113-1120.
  • Schiffmann, R.F. (2020). Microwave and dielectric drying. In Handbook of industrial drying (pp. 345-372). CRC press.
  • Pungs, L. & Lamberts, K. (1962). On the economy of hardening thick and light particle board by radio frequency heating. Holz als Roh-und Werkstoff, 20, 49-51.
  • Sernek, M., Resnik, J. & Kamke, F. A. (1999). Penetration of liquid urea-formaldehyde adhesive into beech wood. Wood and Fiber Science, 41-48.
  • Kamke, F.A. & Lee, J.N. (2007). Adhesive penetration in wood—a review. Wood and Fiber Science, 205-220.
  • Johnson, S.E. & Kamke, F.A. (1992). Quantitative analysis of gross adhesive penetration in wood using fluorescence microscopy. The Journal of Adhesion, 40(1), 47-61.
  • H., Thole, V. & Faezipour, M. (2021). Experimental study on correlation between adhesive penetration pattern and mechanical performances in oriented strand board. European Journal of Wood and Wood Products, 79(1), 59-74.
  • EN 310:1993. Wood-based panels - Determination of modulus of elasticity in bending.
  • BS EN 317: 1993. Particleboards and Fiberboards. Determination of Swelling in Thickness after Immersion in Water.
  • BS EN 320:2011. Particleboards and fiberboards. Determination of resistance to axial withdrawal of screws.
  • ASTM-D3499 - Standard Test Method for Toughness of Wood-Based Structural Panels
  • Silva, L.C.L., Lima, F.O., Chahud, E., Christoforo, A.L., Lahr, F.A.R., Favarim, H.R. & de Campos, C.I. (2019). Heat transfer and physical-mechanical properties analysis of particleboard produced with ZnO nanoparticles addition. BioResources, 14(4), 9904-9915.
  • Mohammad Farajollah Pour, Hamidreza Edalat, Ali Dorieh, Mohammad Valizadeh Kiamahalleh, Mohammad Hassan Shahavi. (2022). Durability-related performance of reinforced bondline by phenol formaldehyde/nano SiO2 composite in Laminated Veneer Lumber (LVL). Journal of Building Engineering, 60, 2022.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 78، شماره 3
آذر 1404
صفحه 287-304

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار