CC BY
61
УДК 674.816.3 Р. Р. Хасаншин
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОДОСТОЙКОСТИ ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ НА ОСНОВЕ ТЕРМИЧЕСКИ МОДИФИЦИРОВАННОГО НАПОЛНИТЕЛЯ
Ключевые слова: древесина, древесно-стружечная плита, водостойкость, термомодифицирование.
Изучена кинетика водопоглощения древесно-стружечных плит, изготовленных на основе термомодифициро-ванного наполнителя. Установлено, что термическое воздействие на древесный наполнитель при изготовлении плит обеспечивает повышение водоотталкивающих свойств последних.
Keywords: wood, a wood-shaving plate, water resistance, thermally modified.
The kinetics of water absorption of wood-particle boards manufactured on the basis of thermomediterranean-aqueous filler. It was shown that thermal effects on the wood filler in the manufacture of the plates provides increased water-repellent properties of the last.
Введение
Производство древесностружечных плит является одним из наиболее динамично развивающихся отраслей деревообрабатывающей промышленности.
Развитию производства древесных плит способствует высокая эффективность их применения, так как они имеют ряд преимуществ перед другими древесными материалами, а именно [1-3]:
- для их получения используется низкокачественная древесина и отходы деревообрабатывающих производств;
- они имеют большие размеры в плоскости что обеспечивает их технологичность в производстве мебели и строительстве;
- существует возможность получения плит с повышенной огнестойкостью и устойчивостью к действию дереворазрушающих грибов и насекомых.
В настоящее время в отечественном производстве древесных плит широко применяются карбами-доформальдегидные, а также фенолформальдегидные олигомеры, позволяющие изготавливать продукцию с высокими физико-механическими показателями.
Однако, основная часть выпускаемых плит имеет недостаточные физико-механические свойства, прежде всего, водостойкость, что ограничивает их применение в условиях с переменными температурно-влажностными условиями, в строительной сфере, а также производстве мебели. Поэтому актуальным является поиск и разработка новых технологий, основанных преимущественно на физико-химических воздействиях на древесное сырье, таких, которые приводили бы к его модифицированию для повышения качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции на его основе [5, 6].
Одними из перспективных способов повышения качества древесно-клееных материалов на стадии производства является термическая модификация древесного наполнителя [2, 3, 7].
Экспериментальная часть
На кафедре архитектуры и дизайна изделий из древесины ФГБОУ ВПО «КНИТУ» проводятся исследования по разработке влагостойких древесно-
стружечных плит из термически модифицированного наполнителя [3-6].
В качестве стружки были использованы отходы после переработки древесины хвойных и лиственных пород (осина, береза, сосна) на деревообрабатывающих станках (фрезерный, круглопильный, фуговальный, токарный и лесопильная рама) столярного цеха ООО «НПП «Термотехнологии» с максимальными размерами до 20 мм.
Для проведения термомодифицирования древесных частиц была разработана экспериментальная установка по тепловой обработке материалов при пониженном давлении [4]. Схема созданной экспериментальной установки представлена на рис. 1.
12
2 5 7 9
Рис. 1 - Схема установки по термическому модифицированию древесного сырья
Установка содержит камеру высокотемпературной обработки 1, сообщенную с линией вакуу-мирования, состоящей из вакуумного насоса 2 и конденсатора 3. Подвод тепловой энергии к обрабатываемому пиломатериалу 4 осуществляется контактным способом с помощью нагреваемых плит 5 и 6, представляющих собой перфорированную металлическую пластину, обогреваемую с помощью нитей накаливания 7 и теплоизолированную со стороны противоположной обрабатываемому материалу пористым воздухопроницаемым материалом 8.
Древесное сырье термомодифицируется в установке продолжительностью 120 минут при температурах 200-220 ^ и при остаточном давлении среды 30 кПа [6].
Далее происходит процесс изготовление дре-весно-стружечной плиты.
Плиты изготавливались из древесных частиц, прошедшие термомодифицирование, с последующим разделением на фракции на ситовом анализаторе.
Необходимое количество древесных частиц, связующего и других компонентов определялось по известной методике, изложенной в [2].
Смешивание древесных частиц со связующим проводилось на лабораторном смесителе. Из стружеч-но-клеевой массы формировались плиты размером 400х400х16 мм.
Прессование проводилось в однопролетном прессе марки Д2430Б, с электрообогревом плит. Удельное давление прессование было принято 2,0 МПа.
На рис. 2 представлены образцы древесностружечных плит, изготовленных из термомодифици-рованного и необработанного наполнителя.
Рис. 2 - Образцы плит, изготовленные из термически модифицированных древесных частиц: 1 - не-обраб.; 2 - Товр = 200°С; 3 - Т,бр = 220°С; 4,5- многослойные из необраб. и обраб. древесной стружки (Тобр = 200°С)
Далее определяется гигроскопичность полученных древесных плит.
Гигроскопичность древесно-стружечных плит, изготовленных на основе термически модифицированного и не модифицированного древесного сырья, определяли по методике представленной в [8]. В эксперименте применяли следующую аппаратуру, материалы и реактивы: весы с точностью взвешивания до 0,01 г, сушильный шкаф, обеспечивающее постоянную температуру 103°С, эксикатор, хлористый кальций.
На рис. 3 представлены графики зависимости изменения относительной массы образцов, изготовленных на основе древесного наполнителя с различной степенью термомодифицирования.
Анализируя полученные данные можно отметить, что в течение 10 суток у образцов, изготовленных из термомодифицированного древесного сырья изменения относительной массы во влажной среде составило на 9-15% меньше по сравнению с образцами, созданного из обычного наполнителя.
При определении водопоглощения древесностружечных плит, образцы погружали в эксикатор с дистиллированной водой с температурой 20°С и периодически взвешивали через 1, 2, 3, и 5 суток по методике описанной в [9].
т, сут.
Рис. 3 - Изменение относительной массы фанеры, изготовленной из листов шпона с различной степенью термомодифицирования, в процессе выдержки во влажной среде
На рис. 4 представлены графики зависимости изменения относительной массы трехслойной древесно-стружечной плиты изготовленной на основе древесного наполнителя с различной степенью термомодифицирования от времени в течение периода их выдержки в дистиллированной воде.
137 144
114 125 117,8 120
т
86 уС 82 V»- --- *9зТ~ "96 100
5-1г Й65\/ 7В
6 Й7 ы
М 31
те
. I 4£ ■>; т, сут
Рис. 4 - Изменение влажности образцов, изготовленных из древесных стружек с различной степенью термомодифицирования, в процессе выдержки в дистиллированной воде
Анализ графиков показывает, что древесностружечная плита, изготовленная из термообрабо-танного древесного сырья с большей степенью термомодифицирования, обеспечивает несколько больший эффект повышения водоотталкивающих свойств. Установлено, что по сравнению с образцами, не прошедшими термомодифицирование, водо-поглощение образцов термообработанной плиты меньше на 12-17%.
Минимальные значения водопоглощения имели образцы древесно-стружечных плит, изготовленные из стружек с температурой обработки 220 °С.
Заключение
В результате предварительного исследования плит, изготовленных из термомодифицированного древесного наполнителя, установлено повышение ее водоотталкивающих свойств: разбухания и водопо-
глощения за 24 часа уменьшилось в среднем на 5 и 12% соответственно, по сравнению с этими показателями плиты, изготовленной из древесной стружки не прошедшей термообработку.
Литература
1. Сафин, Р.Р. Обзор современных решений сотрудников ФГБОУ ВПО «КНИТУ» в области техники и технологии сушки пиломатериалов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, П.А. Кайнов // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2013. - № 23. - С. 76-78.
2. Хасаншин Р.Р. Оценка влияния термической обработки древесного наполнителя на эксплуатационные свойства цементно-стружечной плиты / Р.Р. Хасаншин, Н.Р. Галя-ветдинов, Ф.Г. Валиев // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - №10. - С. 85-88.
3. Хасаншин, Р.Р. Повышение эксплуатационных характеристик клееных материалов, созданных на основе термооб-работанного шпона / Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Зиатдинов // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2013. - №13. - С. 87-89.
4. 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. 150-155.
5. Safin R.R. Studies on mechanical properties of composite materials based on thermo modified timber / R.R. Safin, E.Y. Razumov, Stefan BarcHk, Monika Kvietkov, R.R. Khasanshin // Journal "Drvna industrija" ("Wood industry") 64(1) 3-6 Zagreb, CROATIA, 2012, P. 3-8.
6. Сафин, Р.Р. Разработка технологии создания влагостойкой фанеры / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин, Р.Р. Зиатдинов и [др.] // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - № 20. - С. 64-65.
7. Хасаншин, Р.Р. Экспериментальные исследования динамики избыточного давления внутри древесины при ее термическом модифицировании / Р.Р. Хасаншин // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2013. - № 14. - С. 116-117.
8. ГОСТ 9621-72 «Древесина слоистая клееная. Методы определения физических свойств». ИПК Издательство стандартов, М, 1998 г.- С.6.
9. Сафин Р.Р., Экспериментальные исследования осциллирующей сушки древесины в гидрофильных жидкостях / Сафин Р.Р., Хасаншин Р.Р., Галяветдинов Н.Р., Валиев Ф.Г. // Известия высших учебных заведений. Серия: Химия и химическая технология. 2008. Т. 51. № 12. С. 104106.
© Р. Р. Хасаншин - канд. техн. наук, доцент кафедры архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, [email protected].
© R. R. Khasanshin - candidate of technical sciences, associate professor of "Architecture and design of wood" KNRTU, [email protected].
