CC BY
25
УДК 674.8-036.61.8
А. Е. Воронин, Р. Т. Хасаншина, С. А. Угрюмов, А. А. Федотов
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОЛИЧЕСТВА СВЯЗУЮЩЕГО НА СВОЙСТВА ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ, ИЗГОТОВЛЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ ФУРФУРОЛАЦЕТОНОВОГО МОНОМЕРА ФА
Ключевые слова: древесно-стружечная плита, фурановый олигомер, фурфуролацетоновый мономер ФА, количество связующего, физико-механические свойства.
Изучено влияние количества связующего на основные физико-механические характеристики древесностружечных плит, изготовленных с применением фуранового олигомера (фурфуролацетонового мономера ФА). Установлено, что с возрастанием количества связующего до 18 % происходит повышение физико-механических свойств плит за счет изоляции древесных частиц, при этом плиты обладают высокой прочностью, повышенной водостойкостью, выдерживают длительное кипячение.
Keywords: particleboard, furan oligomer, furfuralacetone monomer FA, amount of binder, physic-mechanical properties.
Effect amount of binder on the basic physic-mechanical characteristics ofparticleboards, made with furan oligomer (furfuralacetone monomer FA) is studied. It is found that increase amount of binder up to 18 % is improvement of physic-mechanical properties by isolating of wood particles, in this case with plates possess high durability, high water resistance, withstand prolonged boiling.
Введение
Древесно-клееные материалы находят широкое применение в строительстве. Из них производят бытовую мебель почти всех видов (шкафы, тумбы, кровати, столы) и специальную мебель для учреждений образования [1-3].
Древесностружечные плиты являются наиболее традиционным и универсальным материалом, который используется при производстве различных видов мебели. Благодаря применению новых смол и современных технологий плиты ДСП отличаются высокими физико-механическими показателями. Одним из преимуществ ДСП по сравнению с другими пиломатериалами являются их одинаковый физико-механические характеристики в различных направлениях по пластине, сравнительно небольшие линейные изменения в условиях переменной влажности [1].
В настоящее время в плитном производстве широко используются карбамидо- и фенолформальде-гидные олигомеры. Физико-механические свойства получаемых на их основе плит не всегда удовлетворяют требованиям потребителей строительной сферы и мебельной промышленности в первую очередь по показателю водостойкости. Одним из возможных способов повышения эксплуатационных свойств плит является использование в качестве связующего альтернативных водостойких клеев, например, олигоме-ров фуранового ряда - фурфуролацетонового мономера ФА. Традиционно мономер ФА используется в строительной сфере в производстве стойких пластрас-творов и полимербетонов [3-6]. Термодинамические и физико-химические свойства мономера ФА позволяют эффективно применять его в производстве древесных плит [7-11].
По сравнению с карбамидо- и фенолформаль-дегидными смолами мономер ФА обладает меньшей вязкостью и достаточно легко пропитывает древесные частицы, поэтому при осмолении наполнителей древесных плит требуется повышенный его расход.
Экспериментальная часть
В экспериментальных исследованиях были изготовлены и испытаны образцы древесностружечных плит с различным количеством связующего (от 6 до 22 масс. ч.). Для изготовления образцов использовалась специальная резаная стружка лиственных и хвойных пород древесины с отбором фракции 10/2 и клеевые композиции на основе фурфуролацетоново-го мономера ФА в смеси с отвердителем - п-толуолсульфокислотой в количестве 5 %. Изготовление плит проводилось в лабораторном гидравлическом прессе П100-400 при следующих постоянных факторах:
- толщина плит 16 мм;
- расчетная плотность плит 850 кг/м3;
- удельное давление прессования 2 МПа;
- продолжительность выдержки под давлением 8 мин;
- температура прессования 180 °С.
Физико-механические свойства плит определялись по ГОСТ 10634-78, ГОСТ 10635-78, ГОСТ 10636-78, огнезащищенность оценивалась по потере массы при горении методом «огневой трубы». Были также проведены испытания на прочность образцов при растяжении перпендикулярно к пласти плиты после вымачивания их в холодной воде в течение 24 часов, а также оценено разбухание по толщине и водопоглощение плит после кипячения.
Полученные сводные результаты оценки свойств плит представлены в табл. 1, 2.
На рис. 1, 2 представлены графические зависимости влияния количества связующего на прочностные свойства плит.
Прочностные показатели плит (имеют максимальные значения при количестве используемого связующего 18 масс. ч. При повышении расхода связующего наблюдается снижение прочности. Мономер ФА отверждается при этом более полно, но в процессе прессования в связи с увеличением влаж-
ности от повышенного расхода клея в центральной зоне плиты возрастает давление парогазовой смеси, которая интенсивно выходит при размыкании плит пресса с образованием механических разрывов отдельных клеевых связей.
Таблица 1 - Физико-механические свойства древесностружечных плит
Порода используемой стружки Количество связующего, масс. ч. Предел прочности при растяжении перпендикулярно к пласти, МПа
в сухом состоянии после вымачивания в течение суток
Лиственная 6 0,22 0,05
10 0,50 0,10
14 0,60 0,50
18 0,70 0,57
22 0,63 0,52
Хвойная 6 0,28 0,10
10 0,40 0,15
14 0,48 0,34
18 0,50 0,36
22 0,25 0,18
Таблица 2 - Показатели разбухания и водопогло-щения плит после кипячения
Порода используемой стружки Количество связую- Объемное разбухание, % после кипячения в течение: Водопоглощение, % после кипячения в течение:
щего, масс. ч. 30 1 5 30 1 5
мин ч ч мин ч ч
6 91,8 95,04 101,29 121,75 127,46 115,25
10 39,26 44,39 56,82 55,29 59,31 89,67
Лиственная 14 12,13 16,59 24,02 32,03 39,29 79,32
18 8,97 11,35 19,54 23,63 35,19 72,12
22 5,12 7,47 11,89 18,95 31,51 68,9
6 45,87 47,69 51,37 82,06 91,85 78,93
10 22,56 25,84 32,59 42,09 51,37 66,33
Хвойная 14 9,87 10,79 15,98 24,76 30,54 58,24
18 6,05 7,98 13,29 16,28 19,62 52,16
22 4,97 5,48 9,96 11,46 14,44 48,61
После вымачивания образцов плит в течение суток их прочность снижается, но остается на достаточно высоком уровне (рис. 3).
На рис. 4 представлена графическая зависимость влияния количества связующего на разбухание плит по толщине, подобная зависимость имеет место для водопоглощения плит.
Рис. 1 - Влияние количества связующего на предел прочности плит при изгибе
Рис. 2 - Влияние количества связующего на предел прочности плит при растяжении перпендикулярно к пласти
Рис. 3 - Влияние количества связующего на предел прочности плит при растяжении перпендикулярно пласти после вымачивания в течение суток
Показатели разбухания и водопоглощения существенно снижаются при повышении количества связующего в плитах за счет более полной изоляции древесных частиц отвержденным связующим. При повышенном количестве связующего (18-22 масс. ч.) разбухание колеблется в пределах 3.. .5 %, при этом потеря массы составляет не более 14%.
о
6 10 14 18 22
Количество фурановой столы, масс.ч.
I для плит на основе лиственной стружки для плит на основе хвойной стружки
Рис. 4 - Влияние количества связующего на разбухание плит по толщине
Заключение
Таким образом, целесообразно производство древесных плит на основе фурфуролацетонового мономера ФА с расходом 14...18 масс. ч., что позволяет получить конструкционный материал с повышенной прочностью и длительной водостойкостью. Данные плиты можно эффективно использовать в строительстве и иных сферах с переменными температурно-влажностными условиями.
Литература
1. Сафин, Р.Р. Разработка технологии создания влагостойкой фанеры / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Зиатдинов // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - № 20. - С. 64-65.
2. Хасаншин, Р.Р. Повышение эксплуатационных характеристик клееных материалов, созданных на основе термообработанного шпона / Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Зиатдинов // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2013. - № 13. - С. 87-89.
3. Сафин, Р.Р. Термическая обработка древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, В.А. Лашков // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2011. - № 20. - С. 150-154.
4. Оробченко, Е.В. Фурановые смолы / Е.В. Оробченко, Н.Ю. Прянишникова. - Киев: Издательство технической литературы, 1963. - 166 с.
5. Технология пластических масс / Под ред. В. В. Коршака.
- 3-е изд., перераб. и доп. - М. : Химия, 1985. - 560 с.
6. Полежаев, А.В. Исследование реакции конденсации фурфурола с ацетоном / А.В. Полежаев, И.В. Бессонов,
B.А. Нелюб, И.А. Буянов, И.С. Чуднов, А.С. Бородулин // Энциклопедия инженера-химика. - М. : Наука и технологии, 2013. - № 1. - С. 36-43.
7. Федотов, А.А. Эффективные способы повышения эксплуатационных свойств древесно-стружечных плит / А.А. Федотов, С.А. Угрюмов // Вестник КГТУ: рецензируемый периодический научный журнал. - Кострома: КГТУ, 2012 - №1. - С. 74-77.
8. Угрюмов, С.А. Химические процессы, протекающие при отверждении фурфурол-ацетонового мономера ФА / А.А. Федотов, С. А. Угрюмов // Вестник КГТУ: рецензируемый периодический научный журнал. - Кострома: КГТУ, 2013 - №1(30). - С. 67-71.
9. Угрюмов, С.А. Фурановые смолы в производстве клееных древесных материалов: монография / С.А. Угрюмов.
- Кострома : КГТУ, 2012. - 142 с.
10. Угрюмов, С.А. Оценка влияния технологических факторов на свойства древесно-стружечных плит на основе фурановой смолы / С.А. Угрюмов, А.А. Федотов // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия «Лес. Экология. Природопользование»: научный журнал. - Йошкар-Ола: ПГТУ, 2012. - № 2(16). - С. 36-42.
11. Федотов, А.А. Исследование свойств древесностружечных плит на основе синтетических смол с различной долей добавки фурановой смолы // А.А. Федотов,
C. А. Угрюмов / Клеи. Герметики. Технологии. - М.: Наука и технологии, 2012. - № 12. - С. 16-19.
© А. Е. Воронин - к.т.н., доцент каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, [email protected]; Р. Т. Хасан-шина - магистр каф. АрД КНИТУ, [email protected]; С. А. Угрюмов - д-р техн. наук, проф. каф. лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств КГТУ, [email protected]; А. А. Федотов - к.т.н., ст. преп. каф. лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств КГТУ, [email protected]
© А. Е. Voronin - candidate of technical sciences, associate professor architecture and design of products from wood, KNRTU, [email protected]; R. Т. Khasansina - master student of the department architecture and design of wood, KNRTU, [email protected]; S. А. Ugryumov - doctor of technical sciences, professor, head of the department of logging and wood processing industries, KSTU, [email protected]; А. А. Fedotov - candidate of technical sciences, senior ledturer of logging and wood processing industries, KSTU, [email protected].
