CC BY
23Изучение влияния полиуретанового связующего на свойства композита на основе отходов.
Шильникова Н.В., Зенитова Л.А. (zenit@kstu.ru), Муратова Г .Я.
Казанский Государственный Технологический Университет.
По-прежнему, актуальной для многих отраслей промышленности является проблема экономии сырья за счет утилизации отходов и их вторичного использования. На основе отходов создают полимерные композиционные материалы (ПКМ), содержащие древесный наполнитель (стружки, опилки, пробковую крошку).
В настоящее время известен ряд ПКМ с использованием древесных наполнителей и различных связующих, таких как полиуретан, костный клей, казеин, фенол- и мочевиноформальдегидные смолы, поливинилацетатная эмульсия, латексы, сополимеры этилена. Принципиальное различие полученных ПКМ заключается в степени наполнения полимерной матрицы и типе полимерного связующего (термопласт или реактопласт) [1,2].
Разработанный нами ПКМ «Пробкур-1» на основе отходов коры пробкового дуба (пробковой крошки) полиуретанового связующего может использоваться для получения плит и полуфабрикатов протезно-ортопедических изделий (искусственный носок, межстелечные слои) методом прессования.[3].
Количество наполнителя (пробковой крошки) в ПКМ составляет 85% , что позволяет полноценнее использовать комплекс ценных физико-механических свойств этого природного материала, таких как прочность, легкость, водостойкость, высокие теплофизические, звукоизоляционные и бактерицидные свойства.
Процесс получения ПКМ «Пробкур-1» состоит из подготовки связующего, смешение его с пробковой крошкой и прессование смеси в пресс-формах при комнатной температуре. С целью расширения спектра используемых каучуков в качестве связующего ПКМ в данном случае были выбра-
ны уретановые вальцуемые каучуки: каучук СКУ 8ТБ (ТУ 38 103 468-80), каучук СКУ 8М (ТУ 38 103 253-80), каучук СКУ 8А (ТУ 38 103 209-77).
В качестве отверждающего агента полиуретана использовался полиизо-цианат (ПИЦ-Б) ТУ 113 03-375-78. Несомненно, что плотность и прочность ПКМ зависят от типа связующего и его концентрации. Содержание ПУ связующего в ПКМ Пробкур-1 составляло 10%, 15%, 20% от веса пробковой крошки (таблица 1)
Таблица 1 .
Зависимость прочностных свойств ПКМ «Пробкур -1» От типа и концентрации связующих.
Т и п с в я з у ю щ е г о
СКУ-8 ТБ СКУ-8 А СКУ-8 М
Ко н ц е н т р а ц и я (%, мас.)
Показатели 20 15 10 20 15 10 20 15 10
Предел прочности при растяжении, МПа 1,55 0,88 0,65 1,50 0,85 0,64 1,50 0,80 0.62
Предел прочности при сжатии, МПа 2,8 1,95 1,35 2,65 1,90 1,31 2,60 1,90 1,30
Относительная. остаточная. деформация при 20% сжатии за 24ч. % 3,0 2,5 2,0 2,7 2,4 2,0 2,8 2,5 2,1
Из представленных в таблице 1 данных видно, что увеличение концентрации ПУ связующего до 20% увеличивает прочностные показатели, однако
при использовании связующего с концентрацией ПУ 15% позволяет получить также удовлетворительные показатели готового ПКМ. Применение связующего с концентрацией ПУ равной 1 0% не дает возможности получить высокие прочностные показатели, так как этого количества связующего, вероятно, не достаточно для полного покрытия пленкой всей поверхности наполнителя (пробковой крошки), а как следствие получали недостаточную ко-гезионную прочность связующего. Как видно из данных таблицы 1 все исследуемые полиуретаны являются пригодными для получения «Пробкур-1».
Одним из основных технологических этапов получения ПКМ является подготовка и анализ наполнителя, а именно пробковой крошки. Также экспериментально установлено, что гранулометрический состав (форма, размеры частиц, концентрация пыли), а также исходная влажность пробковой крошки, существенно влияют на прочностные свойства композита [4,5].
Известно, что размеры частиц пробкой крошки могут колебаться от 0,1 до 6,0 мм и более, для применения ее в качестве наполнителя необходима предварительная подготовка: пробковая крошка просеивалась через набор сит от 1,0 до 5,5 мм. Влажность пробковой крошки составляла 8-12%.
Оценка фракционного состава пробковой крошки показала, что при наличии большого количества мелких частиц (менее 1мм), а также пыли значительно увеличивает суммарную поверхность наполнителя, а это ведет к недостаточному и неравномерному распределению связующего компонента в ПКМ. В данном случае, для получения ПКМ «Пробкур-1» использовалась пробковая крошка коры пробкового дуба, а также пробковая крошка от прессованных плит промышленного производства (агломерированная пробка), сходные по своему гранулометрическому составу (рисунок 1 ).
Как видно из данных, представленных на рисунке гранулометрический состав двух партий крошки почти одинаков. Небольшое различие в области 2,0-2,5 и 2,5-3,5 не сможет существенно повлиять на структуру композита.
Рисунок 1
Сравнение гранулометрического состава натуральной и агломерированной пробковой крошки.
□ 1 ■2
% 30 25 20 15 10 5 -Н 0
0,5 0,5- 1,0- 2,0- 2,5- 3,5-55 5,5
1,0 2,0 2,5 3,5 мм
1 - Натуральная пробковая крошка. 2- Агломерированная пробковая крошка.
Проведены физико-механические испытания образцов из полученных прессованных плит. Из 8-10 параллельных измерений брали среднее значение. Погрешность опытов составляла 5-10%. Относительная влажность готовых плит составляла 5-7%.
Прочностные свойства оценивались по показателю предела прочности при растяжении (ор, МПа), пределу прочности при статическом изгибе (ои, МПа), водопоглощению за 2 часа % веса), разбуханию по толщине за 2 часа (V, % веса) по методикам приведенным в соответствующих стандартах -ГОСТ 9622-87, 10635-88, 10633-78.
Оценка прочностных свойств полученных ПКМ позволила определить основные технологические режимы : температуру прессования - 20-25оС, время прессования - 3 мин. на 1 мм изделия по толщине. Прессование проводилось на прессе ДБ 2424Б.
Изменение плотности ПКМ достигалось варьированием удельного давления прессования с 0,15 до 1,4 , с увеличением давления прессования, зако-
номерно возрастает плотность образцов. Концентрация ПУ в связующем этой серии составляла 15%.
Рисунок 2
Зависимость физико-механических характеристик плит «Пробкур -1» от плотности материала.
ор; ои; W, %; V, %
50-
40-
30-
20-
10-
100
-1—
200
-1—
300
-1—
400
-1—
500
-1—
600
-1—
700
р, кг,
'/м3
3
4
-1
800
1 - предел прочности при растяжении, о р , МПа
2 - предел прочности при изгибе,ои, МПаа
3 - водопоглощение за 2 часа, W, %
4 - разбухание по толщине за 2 часа. V, %
2
7
6
1
0
На рисунке 2 показана зависимость прочностных свойств, водопоглощения и разбухания по толщине после 2-х часового выдерживания образцов в воде от плотности готовых плит «Пробкур-1» по сравнению с природной пробкой. Из приведенных данных видно, что при увеличении плотности от 150 до 750 кг/м возрастают прочностные показатели: предел прочности при растяжении от 0,50 до 3,4МПа, предел прочности при статическом изгибе от 2,40 до 7,0 МПа, водопоглощение снижается с 49 до 10%, разбухание по толщине с 25 до 3%. Значения пределов прочности при растяжении натуральной пробки
составляет 0,8-1,2 МПа , при изгибе - 1,9 Мпа, при плотности 250 кг/м [5]. Следовательно, полученные плиты «Пробкур-1» с плотностью от 250-300 кг/м по прочностным показателям сходны с природной пробкой, однако большее значение водопоглощения и разбухания по толщине требует дальнейших доработок, но никак не снижает положительной оценки материала. В заключении можно сделать следующие выводы:
1. Разработанный композиционный материал «Пробкур-1» на основе полимерного связующего и отходов пробковой крошки отличается технологичностью и высоким содержанием отходов до 85%, может использоваться для изготовления деталей протезно-ортопедических изделий, межстелечных слоев, искусственных носков, плит на различные укорочения и др.
2. Подобран тип связующего СКУ-8 и его концентрация до 15%, позволяющие получить ПКМ с необходимыми физико-механическими показателями, плотностью 250-350 кг/м
3. Установлены технологические режимы прессования: удельное давление
0.4.0,8 МПа, выдержки 3 мин. на 1мм толщины изделия при комнатной температуре.
4. Исследована зависимость прочности, водостойкости, разбухания по толщине ПКМ «Пробкур-1» от плотности материала. Установлено, что прочность плит с плотностью 300 кг/м сходна с таковыми натуральной пробки.
Литература.
1. Гарасевич Г.И., Семеновский А. А.
Формование изделий древесно-клеевой композиции. М. «Лесная промышленность». 1 982г.
2. Патент Японии N° 102968.
3. Шильникова Н.В., Муратова Г.Я., Зенитова Л.А. Разработка технологии получения композиционных материалов на основе коры пробкового дуба и
полиуретанового связующего. Тезисы докладов пятой юбилейной научно-практической конференции резинщиков «Сырье и материалы для резиновой промышленности: настоящее и будущее». М. 1998г.
4. Коротаев Э.А., Клименко М.И.
Использование древесных опилок. М. «Лесная промышленность». 1974г.
5. Соколова Б.И., Яковлева И.Ю., Лобач Е.И. О свойствах полимерного композиционного материала «Корпласт». «Протезирование и протезострое-ние.» Сб.трудов 75. 1986г.
