Оценка влияния термической обработки древесного наполнителя на эксплуатационные свойства цементно-стружечной плиты Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ГИДРОДИНАМИКА, ТЕПЛО-И МАССООБМЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ, ЭНЕРГЕТИКА

УДК 691-419.8

Н. Р. Г аляветдинов, Ф. Г. Валиев, Р. Р. Хасаншин

ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ЦЕМЕНТНО-СТРУЖЕЧНОЙ ПЛИТЫ

Ключевые слова: древесина, термическая обработка, цементно-стружечная плита.

Проведены исследования по определению влияния термической обработки древесного наполнителя на эксплуатационные свойства цементно-стружечной плиты. Для повышения прочностных характеристик ЦСП предложена предварительная термическая обработка древесного заполнителя в термокамере при температуре 190-200 °С.

Keywords: wood, thermal processing, cement-shaving splate.

Researches on definition of influence of thermal processing of a wood filler on operational properties cement-shaving splates are carried out. For increase of durability characteristics of cement-shaving splate preliminary thermal processing of wood filler in a heat chamber is offered at temperature 190-200 °С.

Как известно, древесные отходы,

применяемые в качестве наполнителя в производстве различных древесно-наполненных композиционных материалов, являются дешевым сырьем. Кроме того, использование отходов деревообрабатывающего производства

одновременно является решением задач по защите окружающей среды, рациональное решение проблемы которых зависит от ряда факторов: вещественного состава отходов, их агрегатного состояния, количества, технологических

особенностей и т.д. Наиболее эффективным решением проблемы промышленных отходов является внедрение безотходной технологии, рациональное решение которого зависит от ряда факторов: вещественного состава отходов, их

агрегатного состояния, количества, технологических особенностей и т.д. Создание безотходных производств осуществляется за счет

принципиального изменения технологических процессов, разработке систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использование сырья. Немаловажным аспектом является и то, что при комплексном использовании сырьевых материалов промышленные отходы одних

производств являются исходными сырьевыми материалами других. Важность комплексного использования сырьевых материалов можно

рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решить задачи охраны окружающей среды. Во-вторых, отходы в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье. В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаются удельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их окупаемости.

Из отраслей - потребителей промышленных отходов наиболее емкой является промышленность строительных материалов. Установлено, что

использование промышленных отходов позволяет покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Применение промышленных отходов позволяет на 10 - 30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством их из природного сырья, экономия капитальных вложений достигает 35 - 50%. 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 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 [1].

Одним из основных способов решения указанной проблемы является технология

изготовления древесно-наполненных

композиционных материалов на основе цемента -ЦСП. Однако физико-механические характеристики указанного материала не всегда удовлетворяют необходимым требованиям, а кроме того, с

течением времени могут ухудшаться, что особенно касается прочностных характеристик. Поэтому была предложена технология производства ЦСП, при котором предварительно высушенные древесные частицы, выступающие в роли заполнителя, перед обработкой в проходят термическое модифицирование контактно-конвективным

способом в среде топочных газов без доступа кислорода воздуха при температуре 190-200 оС в

течении 50-60 мин., что позволяет снизить гигроскопичность древесных частиц и соответственно препятствует развитию давления набухания в процессе эксплуатации и как следствие, улучшает эксплуатационные свойства ЦСП [2]. Применение данной технологии позволяет расширить область применения композиционного материала без существенного снижения его физикомеханических характеристик в процессе его эксплуатации.

На рис 1. представлены результаты экспериментальных исследований основных свойств ЦСП, созданного на основе термически обработанной стружки. Для этого, были изготовлены образцы ЦСП из термически модифицированных древесных опилок древесины березы (1) и сосны (2). Подготовленные таким образом образцы были исследованы на предел прочности на сжатие в зависимости от температуры обработки. Для проведения исследований использовалась испытательная машина типа Б2-5-1.

В ходе проведенных экспериментов удалось выявить оптимальный температурный режим термической обработки древесных частиц, соответствующий к различным породам. Как видно из полученных кривых, предел прочности ЦСП изготовленного из термически модифицированных частиц стружек сосны выше, чем предел прочности ЦСП изготовленного из частиц древесины березы. Но при значении температуры обработки древесных частиц, превышающих 180 °С, значения предела прочности меняются в пользу древесины березы. Исследуя подобный характер изменения предела прочности можно сделать вывод о том, что при температуре выше 180 °С начинается интенсивное выгорание смолистых веществ в древесных частицах хвойных пород, что приводит к последующему снижению предела его прочности.

а, МПа

Рис. 1

Для полного представления динамики изменения прочности ЦСП от температуры обработки в программе «ТаЫеСшгуе» была получена графическая зависимость предела прочности ЦСП от температуры выдержки, а также от толщины прослойки связующего (рис. 2). Из графика видно, что увеличение температуры обработки древесных частиц приводит к увеличению прочности ЦСП,

однако при достижении температуры обработки более 200 °С прочность образца начинает уменьшаться. Также установлено, что увеличение прочности ЦСП прямо пропорционально зависит от толщины прослойки связующего, а оптимальной температурой для термической обработки является температура в интервале 190-200 °С, которая способствует увеличению прочности ЦСП.

Для определения степени изменения геометрических размеров ЦСП в результате набухания древесных частиц, использованных при изготовлении ЦСП, были проведены исследования по выдержке полученных образцов в дистиллированной воде.

Рис. 2

В ходе проведенных испытаний образцов ЦСП подвергнутых увлажнению были получены кривые, показывающие степень изменения размеров ЦСП в зависимости от времени выдержки образцов в воде. Установлено, что плиты ЦСП, толщиной 16 мм, изготовленные из древесных стружек, необработанных термическим способом (1) имеют гораздо больший коэффициент изменения геометрического размера, по сравнению с образцом ЦСП, полученного из термически

модифицированных стружек (2). Таким образом, можно сделать вывод, что предварительная термическая обработка приводит к уменьшению размероизменяемости ЦСП и соответственно увеличению ее предела прочности (рис. 3).

Д, мм

Рис. 3

Литература

1. Сафин, Р.Р. Термомодифицирование древесины в среде топочных газов / Р.Р. Сафин [и др.] // Лесной вестник. - 2010. - № 4. - С. 95 - 99.

2. Разумов, Е.Ю. Исследование изменения химического состава древесины, подвергнутой

термомодифицированию, с помощью ИК-спектрометра

/ Е.Ю. Разумов [и др.] // Вестник Казан. технол. ун-та -2010. - № 10. - С. 100 - 103.

3. Сафин, Р.Р. Исследование вакуумно-кондуктивного процесса модифицирующей термообработки древесины / Р.Р. Сафин [и др.] // Деревообрабатывающая

промышленность. - 2009. - № 3. - С. 9 - 11.

© Н. Р. Галяветдинов - канд. техн. наук, доц. каф. архитектуры и дизайна КНИТУ; Ф. Г. Валиев - асс. той же кафедры; Р. Р. Хасаншин - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, [email protected].