مروری بر خواص بامبو

مروری بر خواص بامبو

مریم شجری

 دانشجوی دکتری مهندسی تکنولوژی نساجی

گروه فرش ایده آل، شرکت بوستان ترمه

 

چکیده

با توجه به افزایش آلودگی­های زیست محیطی و تاثیر منفی مواد شیمیایی بر بدن انسان، استفاده از مواد طبیعی در صنایع مختلف بسیار مورد توجه قرار گرفته است و جایگزین کردن مواد طبیعی با مواد شیمیایی از دغدغه­های مهم محققان در صنعت به شمار می­رود. در این میان استفاده از گیاهانی مانند بامبو که علاوه بر زیست تخریب پذیر بودن موجب بروز ویژگی­های مطلوب دیگری نیز بر روی نمونه هستند از اهمیت بالایی برخوردار است؛ بدیهی است که آشنایی با ساختار این گیاه می­تواند تاثیر بسزایی در نحوه بکارگیری آن در صنعت باشد. در این مطالعه جهت بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی بامبو، نمونه­هایی از بامبو در سن­های مختلف (۱، ۳ و ۵ سال) و از قسمت­های مختلف ساقه مورد بررسی قرار گرفت که نتایج نشان داد خواص فیزیکی و مکانیکی بامبو، با سن و ارتفاع ساقه ارتباط دارد. به طور مثال هر چه سن بامبو کمتر باشد؛ میزان استحکام نیز کاهش میابد از طرف دیگر با افزایش سن بامبو و ضخیم شدن دیواره سلولی، میانگین وزن مخصوص و خواص خمشی افزایش می­یابد.

کلمات کلیدی: بامبو- مواد طبیعی- زیست تخریب پذیری- میزان سن و طول بامبو

مقدمه

در دنیای امروز موضوع آلودگی محیط زیست و کاهش سوخت­های فسیلی موجب شده که دانشمندان و محققان تلاش کنند تا بتوانند مواد طبیعی را جایگزین مواد مصنوعی نمایند. در همین راستا مطالعات گسترده­ای بر روی گیاهانی که می­توان از آنها در صنعت استفاده نمود مانند: ساقه برنج، ساقه نیشکر، گیاه بامبو، پوسته و ساقه ذرت و غیره انجام گرفت که از میان آنها گیاه بامبو به دلیل شرایط رشد و ویژگی­های ساختاری، مورد توجه بیشتری قرار گرفت. بامبو که از نظر گیاه­شناسی به عنوان یک گیاه و نه یک درخت دسته­بندی می­شود، در میان گیاهان، سریع­ترین رشد را داشته و طول آن می­تواند در عرض یک روز حدود یک یارد (۹۱۴۴/۰ متر) و یا بیشتر افزایش یابد. بامبو خیلی سریع و در حدود چهار سال آماده برداشت می­شود که بعد از برداشت، احتیاجی به کاشت مجدد ندارد چون ریشه­های آن دوباره جوانه زده و گیاه جدیدی رشد می­کند. بامبو بصورت طبیعی رشد کرده و نیازی به تراکتور و آفت­کش­ها و کودهای سمّی ندارد. ساختار مقطع عرضی ساقه بامبو از تعداد زیادی رشته­های آوندی که در بافت زمینه­ای پارانشیم[۱] قرار گرفته­اند تشکیل شده است. بافت ساقه از دو نوع سلول پارانشیم و رشته­های آوندی به وجود آمده است. سلول‌های پارانشیم دیوارة نازکی داشته و توسط حفره­های متعددی به یکدیگر متصل شده­اند. حفره­ها بطور برجسته­ای روی دیواره­های طولی قرار گرفته­اند. دیواره­­های افقی به ندرت حفره دارند. همانطور که در شکل ۱ مشاهده می­شود، اندازه رشته­های آوندی در لایه داخلی و میانی بزرگ، اما در لایه خارجی کوچک­تر و متراکم­تر است.

وزن مخصوص (SG) مقیاسی برای دانسیته ماده است که برابر با نسبت دانسیته آن ماده به دانسیته آب می‌باشد. وزن مخصوص بامبو بسته به ساختار آناتومیکی آن بین ۴/۰ تا ۸/۰ متغیر است. رطوبت محتوی بامبو بصورت عمودی و از پایین تا بالای آن و بصورت افقی از لایه خارجی تا لایه­های داخلی متغیر است. بامبو محتوی رطوبت بالایی دارد. بامبوی سبز ممکن است %۱۰۰ رطوبت داشته باشد (بر اساس وزن خشک) که این مقدار برای داخلی‌ترین لایه­ها می­تواند تا %۱۵۰ و برای لایه­های خارجی تا %۷۰ باشد. تغییرات عمودی رطوبت در این گیاه از بالا (%۸۲) به پایین (%۱۱۰) کم است. نقطه اشباع الیاف بامبو حدود %۲۲-۲۰ است. قابلیت تر شدن، توانایی یک مایع در تشکیل یک لایه چسبنده روی سطح است که به دلیل غلبة جاذبة مولکولی بین مایع و سطح بر نیروی چسبندگی مایع ایجاد می­شود. قابلیت تر شدن بامبو تأثیر قابل توجهی روی چسبندگی و دیگر خواص آن دارد. مطالعات متعدد نشان داده است که قابلیت تر شدن محاسبه شده بر اساس اندازه­گیری زاویة تماس ارتباط زیادی با قابلیت چسب­زنی[۲] چوب و کامپوزیت­های چوبی دارد. ساقه بامبو از حدود %۵۰ پارانشیم، %۴۰ الیاف و %۱۰ مجراهای آوندی تشکیل شده است. الیاف حدود %۷۰-۶۰ از کل وزن بافت ساقه را تشکیل می­دهند. آن­ها بلند بوده و انتهای باریکی دارند. نسبت طول به عرض بین ۱۵۰:۱ و ۲۵۰:۱ متغیر  است.

جدول۱٫ میزان طول الیاف در بین گونه‌های مختلف بامبو

افزایش سن ساقه بامبو روی خواص فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی، و در نتیجه فرآوری و استفاده از آن تأثیر می­گذارد. خواص فیزیکی و مکانیکی بامبو با سن و ارتفاع ساقه ارتباط دارد. بطور کلی، وزن مخصوص و دیگر خواص بامبو از بالا به پایین ساقه کاهش می­یابد. افزایش وزن بصورت تجمعی است و ارتباط مستقیمی با سن دارد. گزارش شده که خواص استحکامی با افزایش سن کاهش می­یابند .بیشترین مقادیر در مورد ساقه­های با سن ۳-۶ سال به دست آمد. بیشترین مقادیر استحکام در مورد ساقه­های Bambusa nutans، در سن ۳-۴ سال می­باشد.

در این مطالعه دو نمونه ساقه بامبو برای هر گروه سنّی (۱، ۳ و ۵ سال) برداشت شده است. یک شیوه برای دسته­بندی کردن موقعیت طولی بامبو انتخاب شده (شکل ۲) که با شروع از میان­گره دوم از پایین تا ۳۱ اُمین میان­گره، بخش­هایی با طول ۱۰ میان­گره انتخاب شدند. کل ساقه به سه بخش با طول یکسان تقسیم شد (پایین، وسط، بالا). میان­گره­های دوم و سوم از هر بخش برای تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی انتخاب شدند.

شکل۱٫ سطح مقطع ساقه بامبو (بزرگنمایی ×۱۰)

شکل ۲٫ دیاگرام شماتیک تکنیک نمونه­گیری از ساقه بامبو

تراکم رشته­های آوندی در جدول ۲ آمده است. رشته­های آوندی بطور یکنواخت در سطح مقطع بامبو توزیع نشده­اند. اگرچه تعداد کل رشته­های آوندی با افزایش ارتفاع ساقه کاهش می­یابد، اما تراکم رشته­های آوندی در بخش بالایی بیشترین مقدار را دارد. بالاترین تراکم رشته­های آوندی مروبوط به بخش بالایی بامبوی ۳ ساله با مقدار ۴۶۷ رشته در cm می‌باشد. برای Phyllostachys edulis، ۸۰-۵۰ درصد رشته­های آوندی در یک سوم خارجی دیواره، ۳۵-۱۰ درصد، در قسمت میانی و تنها ۲۰-۱۰ درصد در یک سوم داخلی دیواره قرار گرفته­اند. رشته­های آوندی بطور یکنواخت در سطح مقطع بامبو توزیع نشده­اند. اگرچه تعداد کل رشته­های آوندی با افزایش ارتفاع ساقه کاهش می­یابد، اما تراکم رشته­های آوندی در بخش بالایی بیشترین مقدار را دارد.

جدول۲٫ تراکم رشته­ های آوندی بامبو در سنین مختلف. (واحد: تعداد رشته در یک cm)

شکل ۳ مورفولوژی الیاف بامبوی جدا شده را نشان می­دهد. شکل۴ توزیع طول الیاف بامبوی ۱، ۳ و ۵ ساله را نشان می­دهد. محدوده طول الیاف بامبو بین mm 1/3-6/1 می‌باشد.

شکل ۳: تصویر الیاف بامبوی جدا شده زیر میکروسکوپ (بزرگنمایی ×۲۰)

 

 

 

 

 

 

 

شکل ۴٫ توزیع طولی الیاف بامبو (mm)

مقادیر وزن مخصوص در جدول ۲ آمده است. بطور میانگین، وزن مخصوص بامبوی ۱ ساله در مقایسه با مقادیر آن برای ساقه­های ۳ و ۵ ساله بسیار کمتر است. اما تفاوت کمی بین وزن مخصوص بامبوهای ۳ و ۵ ساله وجود دارد. بطور کلی پذیرفته شده است که افزایش دانسیته ساقه به دلیل ضخیم شدن دیواره سلولی است. میانگین وزن مخصوص از سال اول تا سوم حدود %۵۸ افزایش داشته، که نشان دهنده آن است که ضخیم شدن دیواره سلولی اغلب در دو سال اول اتفاق می­افتد.

 

جدول ۳٫  وزن مخصوص بامبو (بر اساس وزن و حجم خشک در محتوی رطوبت %۱۲)

داده­های وزن مخصوص و خواص خمشی بامبو در جدول ۴ آمده است. اثر موقعیت عمودی نمونه در ساقه بامبو قابل توجه نبود، درحالیکه اثر سن روی استحکام خمشی و سختی قابل توجه بود. استحکام خمشی و سختی بامبو با افزایش سن افزایش می­یابد. از آنجا که وزن مخصوص با سن تغییر می­کند، مدول گسیختگی (MOR) و مدول الاستیسیته (MOE) مخصوص (MOR/SG و MOE/SG) محاسبه شدند. مقادیر MOR مخصوص برای بامبو­های ۱، ۳ و ۵ ساله به ترتیب ۲۲۱، ۲۱۶، ۲۴۲ و مقادیر MOE مخصوص برای آن­ها به ترتیب ۱۶۲۶۸، ۱۴۳۴۶ و ۱۷۴۱۴ بود، که نشان دهنده نزدیک بودن مقادیر MOR و MOE مخصوص آن­ها است. مقادیر به دست آمده نشان داد که تغییرات خواص خمشی بامبو به دلیل افزایش وزن مخصوص حین رشد و بالغ شدن آن­ها است. ارتباط بین وزن مخصوص و MOR و MOE بامبو در شکل ۵ نشان داده شده است.

جدول ۴٫  وزن مخصوص و خواص خمشی بامبو

 

شکل ۵٫ رابطه بین وزن مخصوص و خواص خمشی

بیشترین تراکم توزیع رشته­های آوندی در لایه خارجی بامبو است. وزن مخصوص و خواص خمشی بامبو با سن و ارتفاع و همچنین لایه افقی تغییر می­کند. همگی این خصوصیات از ساقه ۱ ساله تا ساقه ۵ ساله افزایش می­یابند. لایه خارجی وزن مخصوص و خواص خمشی بالاتری را نسبت به لایه داخلی نشان داد. وزن مخصوص در امتداد ارتفاع ساقه متغیر بود. بخش بالایی وزن مخصوص بالاتری نسبت به بخش پایینی داشت. لایه خارجی نسبت به لایه داخلی نقش تعیین­کننده­تری در تقویت بامبو دارد. استحکام خمشی ارتباط مثبتی با وزن مخصوص داشت. به منظور استفاده صنعتی مؤثر از نوارهای بامبو، پیشنهاد می­شود که سطح خارجی آن حذف نشود تا بتوان کامپوزیت­های با استحکام بالاتر تولید کرد.

 

منابع

]۱[Lakkad, S. C., & Patel, J. M. (1981). Mechanical properties of bamboo, a natural composite. Fibre Science and Technology۱۴(۴), ۳۱۹-۳۲۲٫

]۲[Chung, K. F., & Yu, W. K. (2002). Mechanical properties of structural bamboo for bamboo scaffoldings. Engineering structures۲۴(۴), ۴۲۹-۴۴۲٫

]۳[Fangchun, Z. (1981). Studies on physical and mechanical properties of bamboo woods. Journal of Nanjing Forestry University۲, ۰۰۰٫

ممکن است شما دوست داشته باشید بیشتر از نویسنده

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.