Investigation of Surface Hardness, Combustion Behavior and Electromagnetic Shielding Properties of Wood Composite Coated with Vermiculite-Doped Rigid Polyurethane

Abstract

In this study, vermiculite, which is used as a mineral material for thermal and insulation purposes, was added to rigid polyurethane material and used in the surface coating of two different wood composite materials. Vermiculite was added to the total polyurethane mass by 5% and 10%. In the study, medium density fiberboard (MDF) and plywood were used as wood composite materials. The combustion behavior of wood composite materials coated with rigid polyurethane was examined in accordance with TS EN ISO 11925-2 standard with single source flame test and mass loss and thermal permeability values according to DIN 4102 and TS en 13823 standard. In addition, surface hardness and electromagnetic shielding properties of the materials were determined. According to the experimental results, it was determined that vermiculite additive in wood composites whose surface is covered with polyurethane contributes positively to the combustion resistance of both materials. While surface hardness gives good results in plywood materials, it is determined that mass loss and thermal permeability values give better results in MDF materials. In the experiments, it has been observed that as the ratio of vermiculite at the measured frequencies increases, the electromagnetic shielding property also increases.

Keywords

• Electromagnetic Shielding
• Plywood
• MDF
• Polyurethane
• Vermiculite
• Combustion
• Surface Hardness

Vermikülit Katkılı Sert Poliüretan ile Kaplanmış Ahşap Kompozitlerin Yüzey Sertliğinin, Yanma Davranışlarının ve Elektromanyetik Ekranlama Özelliklerinin İncelenmesi

Öz

Bu çalışmada mineral madde olarak ısıl ve yalıtım amaçlı kullanıma sahip olan vermikülit, sert poliüretan malzemeye eklenerek iki ayrı ahşap kompozit malzemenin yüzey kaplamasında kullanılmıştır. Vermikülit toplam poliüretan kütlesine %5 ve %10 oranında eklenmiştir. Çalışmada ahşap kompozit malzeme olarak orta yoğunlukta lif levha (Medium Density Fiberboard – MDF) ve kontrplak (Plywood) kullanılmıştır. Sert poliüretan ile yüzeyleri kaplanan ahşap kompozit malzemelerin yanma davranışı TS EN ISO 11925-2 standardına göre tek kaynaklı alev testi ile kütle kaybı ve ısıl geçirgenlik değerleri DIN 4102 ve TS EN 13823 standardına göre incelenmiştir. Ayrıca malzemelerin yüzey sertlikleri ve elektromanyatik ekranlama özellikleri belirlenmiştir. Deneysel sonuçlara bakıldığında yüzeyi poliüretan ile kaplanmış ahşap kompozitlerde vermikülit katkısının her iki malzemenin yanma direncine olumlu katkı yaptığı belirlenmiştir. Yüzey sertliği kontraplak malzemlerde iyi sonuçlar verirken kütle kaybı ve ısıl geçirgenlik değerinin MDF malzemelerde daha iyi sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Deneylerde ölçüm yapılan frekanslarda ağırlıkça katkılama oranı arttıkça elektromanyetik ekranlama özelliğinin artığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Elektromanyetik Kalkanlama
• Kontrplak
• MDF
• Poliüretan
• Vermikülit
• Yanma
• Yüzey Sertliği

Kaynakça

1. A.D. Macheca, W.W. Focke, M. Kaci, B. Panampilly, R. Androsch, “Flame Retarding Polyamide 11 With Exfoliated Vermiculite Nanoflakes”, Polymer Engıneerıng And Scıence, 1746-1755, 2018. DOI 10.1002/pen.24775
2. A. İstek, D. Aydemir, H. Eroğlu, “Combustion Properties of Medium-density Fiberboards Coated by a Mixture of Calcite and Various Fire Retardants”, Turkish Journal of Agriculture and Forestry 37(5): 642-648, 2013.
3. A. İstek, K. Muğla, S.M. Onat, “ The Effects of Different Overlays on the Surface Properties of MDF Panels”, Journal of Bartın Faculty of forestry, 18(2):121-125, 2016. DOI: 10.24011/barofd.267303
4. A., Zamanian, C., Hardiman, “Electromagnetic radiation and human health: A review of sources and effects”, High Frequency Electronics, 4(3): 16-26, 2005.
5. B.C. Bal, Z. Gündeş, E. Akçakaya, “Kavak, Kayın ve Okaliptüs Kaplamaları ile Üretilen Kontrplakların Vida Tutma Direncinin Araştırılması”, KSU Mühendislik Bilimleri Dergisi, 18(2):77-83, 2015.
6. F. Özdemir, A. Ayaz, “Investigation of the Effect on Combustion Resistance of Ammonium Polyphosphate and Boric Acid Chemicals Added to Surface Coating”, Kastamonu Uni., Orman Fakültesi Dergisi, 17 (2): 290-297, 2017. Doi: 10.17475/kastorman.310967
7. F. Özdemir, A. Tutuş, “Effects of Coating with Calcite Togetter with Various Fire Retardants of on the Fire Properties of Particleboard”, BioResources, 11 (3):6407-6415, 2016.
8. H. Binici, “Atık Mukavva, Alçı, Pomza, Perlit, Vermikülit ve Zeolit ile Yapılan Kompozitlerin Yangın Direncinin Araştırılması”, Çukurova Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(1):1-10, 2016.

9. H. Tuzcu, “Isı Yalıtımı ve Otomotiv Endüstrilerinde Kullanılan Yanmaya Dirençli Poliüretan Esaslı Malzemelerin Tutuşma ve Yanma Karakteristiklerinin Deneysel İncelenmesi” Pamukkale Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Yüksek Lisans Tezi, 31-32, 2010.
10. M. Erdem, E. Akdoğan, M. E. Üreyen, O. Uysal, M. Kaya, C. Irmak, “Yumurta Kabuğu Tozu Katkılanmış Sert Poliüretan Köpükler: Termal İletkenlik, Basma Mukavemeti ve Yanma Davranışlarının İncelenmesi”, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, 38, 1,83-93, 2018.
11. M. Yüksel, “Malzeme Bilimleri Serisi Cilt-1”, TMMOB Makine Mühendisleri Odası, Yayın no: MMO/2003/271/2, 21-22, 2003.
12. P., Keangin, K. Vafai, P. Rattanadecho, “Electromagnetic field effects on biological materials”, International Journal of Heat and Mass Transfer, 65: 389-399, 2013.
13. T.U. Patro, G. Harikrishnan, A. Misra, D.V. Khakhar, “Formation and Characterization of Polyurethane—Vermiculite Clay Nanocomposite Foams”, Polymer Engineering And Science, 1778-1784, 2008. DOI 10.1002/pen.21145
14. T. Zhang, F. Zhang, S. Dai, Z. Li, B. Wang, H. Quan, Z. Huang, “Polyurethane/organic Vermiculite Composites with Enhanced Mechanical Properties”, J. Appl. Polym. Sci. 43219:1-7, 2016. DOI: 10.1002/APP.43219
15. V. Esenli, “Vermikülit”, Madencilik Rehberi, (2012).
16. Y. Örs, G. Çolakoğlu, İ. Aydın, S. Çolak, “Kayın, Okume ve Kavak Soyma Kaplamalarından Farklı Kombinasyonlarda Üretilen Kontrplakların Bazı Teknik Özelliklerinin Karşılaştırılması”, Politeknik Dergisi, 5 (3): 257-265, 2002.
17. W.J. Seo, J.H. Park, Y.T. Sung, D.H. Hwang, W.N. Kim, S.H. Lee, “Properties of Water-Blown Rigid Polyurethane Foams with Reactivity of Raw Materials”, J. Appl. Polym. Sci, 93, 2334-2342, 2004.
18. Web_1: Maden Tetkik ve Arama Genel Müdürlüğü, http://www.mta.gov.tr/v3.0/bilgi-merkezi/vermikulit (Erişim tarihi: 17.02.2019)
19. Web_2: Türk Standartları Enstitüsü, https://intweb.tse.org.tr/Standard/Standard/Standard.aspx?081118051115108051104119110104055047105102120088111043113104073083115052068070106121074055102090 (Erişim tarihi: 22.02.2019)