CC BY
27
ОБЩАЯ КОНЦЕПЦИЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ДРЕВЕСНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
Угрюмов С.А., Каравайков В.М. (ГОУВПО КГТУ, г. Кострома, РФ)
The concept of increase of a production efficiency of composite materials by use of a waste ofprocessing offlax is considered. Updating of glues for increase ofproperties of materials on a basis fires offlax is offered.
Композиционные материалы, изготовленные на основе различных целлюлозосодержащих (главным образом, древесных) наполнителей в смеси с синтетическими или минеральными вяжущими являются не только основными материалами для мебельной промышленности, строительства, авто-, вагоно-, контейнеростроения и других отраслей, но и неотъемлемым звеном в системе комплексной переработки древесины, причем это характерно не только для России, но и для всего мира в целом. Производство композиционных материалов является универсальным и совершенным с точки зрения возможностей использования и переработки сырьевых ресурсов, поскольку имеется возможность переработки широкого спектра сырья различных размеров и сортов. Однако, вопрос разработки методов снижения ресурсоемкости данного производства остается актуальным и является частью огромной многоплановой работы по созданию новых видов материалов, повышению эффективности использования и переработки древесины и использованию новых источников сырья.
В настоящее время перед предприятиями по производству композиционных материалов стоит насущная проблема технического и технологического развития, вытекающая из перспектив роста потребления продукции как на внутреннем, так и внешнем рынках, планируемого вступления России в ВТО, программных мероприятий, намеченных Правительством к реализации в лесопромышленном комплексе. Данная проблема заключается в несоответствии между сложившейся системой организации использования древесных ресурсов и необходимостью повышения эффективности работы деревообрабатывающих производств в соответствии с экономическими интересами государства. Для ее решения предлагается общая концепция развития производства древесных композиционных материалов, основные положения которой следующие:
- разработка организационно-технического обеспечения ресурсосберегающих технологий;
- проектирование новых видов и рецептур композиционных материалов;
- разработка рациональных режимов, технологий, технологических инструкций по производству материалов с высокими эксплуатационными характеристиками;
- разработка способов снижения токсичности композиционных материалов;
- проектирование и реконструкция технологий производства новых видов продукции;
- совершенствование методов мониторинга и контроля качества продукции;
- повышение степени безотходности производства.
Стратегическая задача повышения эффективности работы отечественного производства композиционных древесных материалов может быть решена, прежде всего, путем разработки научных и методологических принципов повышения эффективности использования сырья на основе организации ресурсосбережения. При этом значимый эффект будет иметь вовлечение в производство не только всех возможных отходов деревообработки, но и отходов сельскохозяйственного производства и, прежде всего, отходов льнопереработки -костры льна. Костра льна - эффективный целлюлозосодержащий наполнитель композитов с точки зрения анатомических, химических и размерно-качественных характеристик.
Однако клееные материалы, изготовленные на ее основе по технологии производства традиционных клееных древесных материалов, имеют недостаточные физико-механические характеристики, так как при осмолении костры синтетическим связующим сложно достичь равномерного его распределения по поверхности всех частиц, обладающих большой удельной поверхностью. Неравномерность осмоления костры приводит к нестабильности свойств по толщине и формату композиционных материалов, что негативно отражается на качестве продукции.
Для обоснованной рекомендации технических и технологических мероприятий по производству композитов с использованием костры нужен научный подход к проблеме склеивания, базирующийся на анализе существующих теорий адгезии, поверхностных явлений и смачивания с привлечением коллоидной химии и реологии полимеров.
Недостаточная совместимость костры и традиционных синтетических олигомеров (карбамидоформальдегидного, фенолформальдегидного и др.) объясняется, прежде всего, значимым различием в величине их поверхностных натяжений. Так по экспериментальным оценкам, поверхностное натяжение
Л
костры составляет порядка 45 МДж/м , поверхностное натяжение связующих, в зависимости от их природы и условий синтеза, колеблется в пределах 55...75
Л
МДж/м . Поэтому связующие составы на поверхности частиц костры не растекаются, а концентрируются в виде отдельных капель.
Для повышения смачиваемости костры традиционные клеевые составы необходимо модифицировать поверхностно-активными веществами, позволяющими равномерно распределяться по поверхности за счет уменьшения величины поверхностного натяжения.
В качестве примера представлены экспериментальные данные по определению термодинамических и реологических характеристик модифицированных бутановым спиртом (бутанолом)
карбамидоформальдегидного олигомера применительно к основным древесным наполнителям (береза, сосна) и костре льна (табл. 1).
Таблица 1 - Термодинамические и реологические характеристики модифицированных адгезивов_
Поверхно- Косинус Работа ад- Модуль Модуль
Адгезив стное на- краевого гезии эластич- упругости
тяжение угла сма- МДж/м2 ности Еь МПа
о, МДж/м2 чивания еоБв Еэ, МПа
Субстрат - костра льна (о = 45 МДж/м , Еэ=521,7 МП [а, Е1=631,6 М Ша)
КФН-66 63,4 0,531 97,1 1000 1200
КФН-66 + 0,5% бутанола 49,6 0,714 85,0 - -
КФН-66 + 1% бутанола 47,0 0,835 86,2 857,1 1000
КФН-66 + 1,5% бутанола 44,7 0,954 87,3 - -
КФН-66 + 2% бутанола 42,3 1,0 84,6 750,0 857,1
Полученные данные свидетельствуют о снижении поверхностного натяжения модифицированного карбамидоформальдегидного олигомера. Введение бутанола в количестве от 1,5% способствует уравновешиванию значений поверхностного натяжения связующего и наполнителя - костры льна и, соответственно, улучшению смачивания. Реологические характеристики отвержденного модифицированного связующего снижаются, что способствует снижению величины внутренних напряжений, возникающих при структурообразовании композиционного материала.
В табл. 2 представлены экспериментальные данные по определению эксплуатационных свойств костроплит на основе модифицированного карбамидоформальдегидного олигомера КФН-66, которые свидетельствуют о повышении физико-механических характеристик готового материала за счет качественного распределения связующего по поверхности наполнителя.
№ Количество модификатора (бутанола), % Плотность плиты, кг/м3 Предел прочности при изгибе, МПа Предел прочности при перпендикулярном отрыве, МПа Разбухание по толщине, % Водопо- глощение, %
1 0 740 12,15 0,23 37,6 95
2 1 732 18,21 0,57 29 79
3 1,5 738 19,98 0,59 26,1 74,1
4 2 729 21,07 0,57 25,8 72,2
При организации производства новых видов материалов на основе костры льна эффективно утилизируются отходы льнопроизводства, экономятся древесные ресурсы, происходит увеличение занятости населения и развитие инфраструктуры, улучшается экологическая обстановка, что способствует повышению эффективности производства композиционных материалов в целом. Целесообразно использовать костру льна в структуре композитов с использованием модифицированных связующих, обеспечивающих полное и равномерное осмоление.
