CC BY
53
ПОЛУЧЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ПЛИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА
Ермолина А.В., Миронов П.В., Бывшее А.В. (СибГТУ, г. Красноярск, РФ)
In article described results of selection of structure of a composition for reception thermal insulation material on the basis of wood fibre. Results of tests of a material are resulted.
Рациональное использование древесины - актуальная проблема современного этапа развития науки. Кроме того, повышение требований к эко логичности материалов, которые используются при строительстве, актуализирует интерес на безопасные для человека и окружающей среды материалы на основе природных волокнистых материалов.
В нашей работе в качестве основы для получения плитного теплоизоляционного материала использовалось древесное волокно, которое было получено мокрым способом размола на дефибраторе. В экспериментах применялось волокно с влажностью 3 - 5 %.
Для изготовления теплоизоляционного материала на основании предварительных экспериментов были отобраны общедоступные связующие, оказывающие наименьшее отрицательное воздействие на человека: поливинилаце-татный клей (клей ПВА) и бутадиен-стирольный каучук.
Плитный материал изготавливался на основе следующей композиции: древесное волокно; связующее; вода; пенообразователь.
Пенообразователь в композицию вводился для получения пористой структуры материала и снижения плотности, а следовательно, теплопроводности.
Эксперименты по разработке оптимального состава проводились с использование методов математического планирования эксперимента. В качестве выходных величин определялись стандартные физико-механические показатели для теплоизоляционных материалов в соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1]: Y1 -
-5
плотность материала, р, кг/м ; У2-прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации,[а10], МПа; Y3 - предел прочности при статической изгибе, [Ощ] МПа.
Результаты факторного эксперимента с использованием бутадиен-стирольного каучука представлены на рисунке 1, поливинилацетатного клея -рисунке 2.
Оптимальная композиция теплоизоляционного материала - композиция с высокими физико-механическими показателями при минимальных значениях плотности.
Лучшая композиция при использовании бутадиен-стирольного каучука в качестве связующего характеризуется следующими показателями:
-5
- плотность, р = 100,292 кг/м ;
- прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации, [о10] = 0,019 МПа;
ттпаттатт ттг\г\ттттг»лттт тлтт ат^пт^тттт/л тт ттпптт^л Г /Т 1 - П 1 Q Q А ДП Г г»
- предел прочности при статической изгибе, [^изг] 0,139 мпа.
x1=0,0 x1=0,0
а
б
х1=0,0
0,3 0,25 § 0,2 ^ 0,15 ] 0,1 £ 0,05 0
0,2
-0,2
х3
■0,6.ь 1 -0,6
в
:0Г0Д 0,6 1
х2
х1 - количество древесного волокна в композиции, г; х2 - количество воды в композиции, мл; х3 - количество связующего в композиции по сухому остатку, г.
Рисунок 1 - Результаты факторного эксперимента на основе В-3 плана на бутадиен-стирольном связующем
Х3=1,0
а
X 1 = 1. о
Х3=1.0
б
0,33 0,28 0,23 0,18 0,13 0,08 0,03 -0,02
в
Х2=1,0
х1 - количество древесного волокна в композиции, г; х2 - количество воды в композиции, мл; х3 - количество связующего в композиции по сухому остатку, г.
Рисунок 2 - Результаты факторного эксперимента на основе плана Шеффе на поливинилацетатном связующем
Лучшая композиция при использовании клея ПВА в качестве связующего характеризуется следующими показателями:
"5
- плотность, р = 81,009 кг/м ;
- прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации, [о10] = 0,015 МПа;
- предел прочности при статической изгибе, [оизг] = 0,229 МПа.
Из полученных данных следует, что композиция на бутадиен-стирольном связующем имеет большую плотность, чем композиция на поливинилацетатном клее. В соответствии с литературой [2], с возрастанием плотности материала увеличивается и его теплопроводность, кроме того, получение такого материала связано с техническими и экономическими сложностями. Поэтому для дальнейших исследований нами была выбрана композиция на ПВА - связующем.
В соответствии с ГОСТ 7076 - 99 [3] у образцов теплоизоляционного материала была определена теплопроводность при стационарном тепловом режиме. Испытания проводились прибором ИТП - МГ4, на образцах с размерами 250х250х50 мм. Величина теплопроводности для композиции с оптимальным соотношением компонентов составила 0,046±0,004 Вт/мК.
В соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1] образцы полученного теплоизоляционного материала исследовались на водо- и влагопоглощение в течение 24 ч. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1,2.
Таблица 1 - Определение влагопоглощения
Номер образца Масса образцов в абсолютно сухом состоянии, т1, г Масса образцов после испытания, т2, г Wсорб, %
1 3,18 3,51 10,38
2 3,24 3,60 11,11
3 3,10 3,43 10,65
4 3,10 3,45 11,29
5 3,07 3,42 11,40
6 3,28 3,65 11,28
7 2,82 3,12 10,64
8 3,57 3,96 10,92
9 3,12 3,45 10,58
10 3,22 3,58 11,18
Среднее 10,94
Водопоглощение образцов теплоизоляционного материала в процентах по объему, производилось в соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1] по формуле
= т-щ юо,
" V 'Ре
где т1 - масса образцов в абсолютно сухом состоянии, г; т2 - масса образцов после испытания, г;
-5
V - объем образца, см ;
-5
рв - плотность воды, г/см .
(1)
Таблица 2 - Определение водопоглощения
Номер образца Размеры V, см3 тьг т2,г W0п,%
а, см Ь, см ^ см
1 5,10 5,10 4,80 124,85 6,41 47,04 32,54
2 5,00 5,10 4,80 122,40 6,31 48,00 34,06
3 5,00 5,30 5,00 132,50 6,58 49,09 32,08
4 5,20 5,00 4,70 122,20 5,93 38,48 26,64
5 5,20 5,20 4,70 127,09 6,29 49,36 33,89
6 4,90 5,10 5,00 124,95 6,24 49,18 34,37
7 4,90 5,10 4,80 119,95 6,15 48,72 35,49
8 5,10 5,10 4,80 124,85 7,10 53,31 37,01
9 5,00 5,10 4,80 122,40 6,32 48,23 34,24
10 5,10 5,10 4,80 124,85 6,40 47,95 33,28
Среднее 33,36
Так же проводились исследования микроструктуры образцов теплоизоляционного материала. Микрофотографии срезов образцов представлены на рисунке 3.
Рисунок 3 - Микроструктура теплоизоляционного материала (4-х кратное увеличение)
Заключение: на основании проведенных исследований был получен теплоизоляционный материал, соответствующий ГОСТУ 16381-77 [4] и не уступающий по своим показателям существующим аналогам: «Софтборд» [5] и минеральная вата [6].
Литература
1 ГОСТ 17177 - 94. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний. - Взамен ГОСТ 17177 - 87; введ. 01.04.1996. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 40 с.
2 Гнип, И.Я. Теплофизические свойства эковаты [Текст] / И.Я. Гнип, В.И. Кершулис, С.А. Веялис // Строительные материалы. - 2000. - №11. - с. 25 - 27.
3 ГОСТ 7076 - 99. Материала и изделия строительные. Методы определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - Взамен ГОСТ 7076 - 87; введ. 01.04.2000. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 13 с.
4 ГОСТ 16381-77. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования. - Взамен ГОСТ 16381 - 70; введ. с 30.12.76. - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 4 с.
5 Бирюков, В.И. Древесноволокнистая плита «Софтборд» - многофункциональный изоляционный материал для домостроения [Текст] / В. И. Бирюков [и др.] // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - №2. - с. 2 - 4.
6 ГОСТ 4640-93. Вата минеральная. Технические условия. - Взамен ГОСТ 4640 - 84; введ. с 01.01.1995. - М.: Изд-во стандартов, 1995. - 12 с.
