CC BY
63
Деревопереработка. Химические технологии
cheskih jeffektov vzaimodejstvija ego komponentov]. Lesotekhnicheskii zhurnal, 2013, no. 4 (12), pp. 134-138. (In Russian).
5. The market of composite materials [Rynok kompozicionnyh materialov]. Available at: http://www.kompozit-deck.ru/dpk_market.php. (In Russian).
Сведения об авторах
Стородубцева Тамара Никаноровна - профессор кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», доктор технических наук, доцент, Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Аксомитный Алексей Андреевич - аспирант кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии, ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия», г. Воронеж, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Storodubtseva Tamara Nikanorovna - Professor of Department of Industrial Transport, Civil Engineering and Geodesy of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», DSc in Engineering, Associate Professor, Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Aksomitny Aleksey Andreevich - Post-graduate student of Department of Industrial Transport, Civil Engineering and Geodesy of FSBEI HPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies», Voronezh, Russian Federation; e-mail: [email protected].
DOI: 10.12737/6294 УДК 674.419
ПРИМЕНЕНИЕ ОТХОДОВ ДЕРЕВОПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ В ИЗГОТОВЛЕНИИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ СО СПЕЦИФИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ
кандидат технических наук И. В. Яцун1 кандидат технических наук Ю. И. Ветошкин1
С. Б. Шишкина1
1 - ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», «Институт лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства», г. Екатеринбург, Российская Федерация
Ресурсосбережение и комплексное использование сырья являются одним из приоритетных направлений современных производств. Большое и разнообразное количество отходов деревопереработки ставит задачи в области вторичной переработки. Производство плитных материалов на основе древесных отходов ориентировано на мебельное производство и строительство.
220
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Возникают новые требования к качеству и технико-эксплуатационным свойствам данной группы материалов. В настоящее время доля древесных плит со специфическими свойствами в общем объеме производства существенна и с каждым годом увеличивается. Создание композиционных материалов на основе древесных частиц с включением в их конструкцию различных компонентов позволяет получать материалы со специфическими свойствами. Кафедрой Механической обработки древесины УГЛТУ разработана конструкция материала ПЛИТОТРЕН, обладающая специфическими свойствами (защита от рентгеновского излучения). Представлен технологический процесс изготовления материала, получены основные физико-механические свойства плиты, предложена область применения материала с учетом специфических свойств.
Ключевые слова: использование отходов деревопереработки, древесные материалы, древесные плиты, композиционные материалы, защитные свойства от рентгеновского излучения, ПЛИТОТРЕН.
APPLICATION OF WASTE WOOD OF PROCESSING INDUSTRIES IN THE MANUFACTURE OF CONSTRUCTION MATERIALS WITH SPECIFIC PROPERTIES
PhD in Engineering I. V. Yatsun1 PhD in Engineering Y. I. Vetoshkin1
S. B. Shishkina1
1 - FSBEI HPE «Ural State Forest Engineering University», «Institute of Forestry Business and Road Construction», Ekaterinburg, Russian Federation
Abstract
Resource saving and comprehensive utilization of raw materials is one of the priorities of modern industries. Large and varied amount of waste timber puts the problem in the field of recycling. Manufacture of plate materials on the basis of wood waste is focused on furniture manufacturing and construction. There are new requirements for quality and technical and operational characteristics of this group of materials. Currently, the share of wood-based materials with specific properties in total production is significant and it is increasing every year. Creation of composite materials based on wood particles with the inclusion of their design of the various components allows to obtain materials with specific properties. The Department of Mechanical wood processing of USFEU developed a design of PLITOTREN material with specific properties (protection against X-ray radiation). The technological process of manufacturing the material is presented, basic physical and mechanical properties of the plate are obtained, and scope of the material, taking into account the specific properties is proposed.
Keywords: use of waste of wood processing, wood products, wood-based panels, composite materials, protective properties of o X-ray, PLITOTREN.
При любой обработке дерева неизбеж- от породы дерева, вида лесохозяйственных и
но появляются древесные и корьевые отхо- лесопромышленных работ, периода заготов-
ды. Количество лесосечных отходов зависит ки, техники и технологии заготовки. Коли-
Лесотехнический журнал 3/2014
221
Деревопереработка. Химические технологии
чество отходов деревообрабатывающих производств зависит от качества поставляемого сырья, типа и размера изготавливаемой продукции, технической оснащенности предприятия и его мощности и составляет 45-63 % исходного сырья (рис. 1).
Основное направление ресурсосбережения в лесной промышленности - рациональное использование древесного сырья, а также расширение использования и переработки древесных отходов в качестве заменителя деловой древесины, позволяющие достичь ощутимого экологического эффекта, состоящего в сокращении вырубаемых лесных площадей, сохранении природной среды (рис. 2).
Наибольших результатов в использовании отходов добились страны с высокоразвитой лесопильно-деревообрабатывающей промышленностью, являющейся основным поставщиком отходов, такие как США, Канада, Япония и страны Северной и Центральной Европы. Этому способствовали высокий уровень концентрации и интеграции деревообрабатывающей промышленности.
Первые предложения по использованию стружки и опилок для производства прессованных композиционных изделий появились еще в конце 19-го века. Процесс перехода к широкому промышленному использованию мягких отходов древесины в различных странах начался в разные периоды и происходил различными темпами. Те страны, которые испытывают дефицит в лесе и в которых внутренние источники получения опилок и станочной стружки исчерпаны, например, Германия и Швеция, стали ввозить их из соседних стран [8].
Ресурсы древесного сырья в России
222
вполне достаточны для многократного роста отечественного производства плит. Однако внутренний рынок для этой продукции относительно мал, есть предпосылки для увеличения экспорта, но для этого продукция должна быть конкурентоспособной (табл. 1).
Разработка перспективных технологий по глубокой переработке древесины -проблема актуальная.
Одним из наиболее эффективных и рациональных направлений по переработке древесных отходов и низкосортной древесины во всем мире и в Европе является производство древесных плит (рис. 3). В качестве основных направлений развития производства древесностружечных плит можно выделить повышение физикомеханических характеристик, снижение токсичности, вторичную переработку сырья, применение высокопроизводительного оборудования, а также производство плит специального назначения (табл. 2).
На основании литературных исследований можно сделать вывод о том, что в настоящее время доля древесных плит со специфическими свойствами велика и с каждым годом растет. Создание композиционных материалов на основе древесных частиц с включением в их конструкцию различных компонентов позволяет получать материалы со специфическими свойствами.
Одним из таких направлений является разработка конкурентоспособных, эффективных и экологически безопасных рентгенозащитных композиционных материалов, в состав которых не входит токсичный свинец и его производные [7].
На основании экспериментальных ис-
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Рис. 1. Образование древесных отходов на деревообрабатывающих предприятиях
Рис. 2. Некоторые направления использования отходов древесины в народном хозяйстве
Таблица 1
Производство плит (2007-2010 гг.)
Древесные плиты Производство по годам, тыс. м3 Количество заводов в 2010 г.
2007 2008 2009 2010
ДСтП 5261 5749 4562 5484 44
ДВП 1318 1283 947 1258 36
ДВП средней плотности (МDF) 849 900 850 900 6
ЛВЛ (шпон многослойный) 30 35 39 70 2
OSB Импорт 182 Импорт 300 Импорт 200 Импорт 300 0
Лесотехнический журнал 3/2014
223
Деревопереработка. Химические технологии
Таблица 2
Области применения плитных материалов
Виды плитной продукции Область применения
Древесноволокнистые плиты (ДВП) мебельная промышленность (задние стенки корпусной мебели, донья ящиков и т.п.) и столярные изделия; строительство и домостроение (элементы полов, перегородок, дверей, ограждающие конструкции и т.п.); вагоностроение и автомобильное машиностроение; тара и упаковка.
Цементно-стружечные плиты (ЦСП) составные элементы сэндвич-панелей; элементы конструкций пола, перегородки; опалубка.
Фибролит теплоизоляционный и звукоизоляционный материал в строительстве, домостроении и временных сооружениях.
Древесностружечные плиты (ДСП) все несущие и ограждающие элементы корпусной и мягкой мебели; элементы конструкций пола, перегородки, двери; опалубка, детали автомашин, вагонов и др.; элементы интерьера, декора, перегородок и др.
Столярные плиты мебельная промышленность, вагоностроение и судостроение для изготовления перегородок, панелей, полов, дверей и в других элементах конструкций
Древесноволокнистые плиты сухого способа производства (MDF) фасады корпусной мебели, в т.ч. с имитацией филенок и различных видов резьбы по дереву; крышки столов и другие малонагруженные функциональные и декоративные горизонтальные элементы мебели; детали корпуса мебели (боковые, нижние и верхние и задние стенки, малонагруженные полки и т.п.); закладные ненагруженные элементы мягкой мебели; паркетные доски, несущие в основном декоративные функции; элементы интерьера, декора, перегородок и др.
Древесные плиты из ориентированной крупноразмерной стружки (OSB) несущие панели перекрытий; несущие стены и перегородки; ограждающие элементы стен и перегородок (наружная и внутренняя обшивка); обшивка и обрешетка кровли и детали стропильной системы; декоративная облицовка стен и потолков. многоразовая опалубка; устройство полов; детали интерьера. нагруженные и длиннопролетные полки; корпуса мебельных изделий; встроенная мебель, двери и дверные полотна.
Материалы специального назначения элементы конструкций пола, перегородки, двери
наоснове древесины
224
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
Структура производства древесных ruiirr В Европе , 2001г.
Рис. 3. Производство плит в Европе
следований в области радиационной защиты, выполненной кафедрой Механической обработки древесины Уральского государственного лесотехнического университета (рис. 4) разработан рентгенозащитный композиционный материал торговой марки ПЛИТОТРЕН. Конструкции материала ПЛИТОТРЕН (тип А - Е) подробно описаны в [4], которые изготовлены на основе древесных частиц, связующего и минерального наполнителя и не имеют аналогов в мире.
ПЛИТОТРЕН (плита от рентгена) -плита со специфическими свойствами для защиты от ионизирующего излучения (в
частности, рентгеновского). Материал изготавливается из стружечно-клеевой композиции с добавлением минерального природного наполнителя.
Технологический процесс изготовления материала включает следующие стадии:
- подготовка исходных материалов;
- приготовление стружечно-клеевой композиции;
- формирование стружечного ковра;
- подпрессовка;
- прессование (температура прессования не более 110 0С, удельное давление 25-30 МПа, время 15 мин.);
- охлаждение;
- обрезка кромок по периметру.
Полученные образцы испытывались
на физико-механические свойства. Результаты испытаний сведены в табл. 3.
Защитные свойства полученного материала определялись по методике [3, 4]. Через полученные образцы и свинцовую пластину толщиной 1 мм пропускали рентгеновские лучи на рентгеновском аппарате
Рис. 4. Материалы, применяемые для защиты от рентгеновского излучения
Лесотехнический журнал 3/2014
225
Деревопереработка. Химические технологии
Таблица 3
Физико-механические свойства материала ПЛИТОТРЕ Н
Наименование показателей Единица измерения Полученные значения
1. Предел прочности при статическом изгибе (ГОСТ 9625) МПа 17,6
2. Плотность кг/м3 964
3. Твердость по Бринелю (ГОСТ 9012) кгс/мм2 670
4. Разбухание по толщине (ГОСТ 10633) % 36
Ренекс Э4-Н3 (время экспозиции 0,02; напряжение 60 кВ, сила тока 25 мА).
Результаты фиксировались на пленке Ренекс РП 3-2. Степень защиты материала оценивалась по фотометрической контрастности изображения на рентгенограмме. Фотометрическая контрастность оценивалась с помощью люксметра ТКА-Люкс. В качестве тестового материала во всех опытах применяли свинцовую пластину толщиной 1 мм - как общепринятый свинцовый эквивалент. Полученные результаты показаны в виде зависимостей на рис. 5 и 6.
Также полученные образцы материала ПЛИТОТРЕН различных конструкций были проверены на защитные свойства в лаборатории Уральского федерального университета, где в качестве источников ионизующего излучения применялись изотопы америция (Am 241), бария (Ba 133), хрома (Cr 137) и кобальта(Со 60). Результаты представлены на рис. 7.
Разработанный композиционный материал ПЛИТОТРЕН обладает высокими эксплуатационными, физико-механическими и защитными (от рентгеновского излучения) свойствами, экологически безопасен, изготавливается из недорогих и доступных исходных материалов, способен хорошо крепиться и монтироваться,
226
Рис. 5. Зависимость кратности ослабления рентгенозащитного материала от количества древесных частиц и количества связующего
Рис. 6. Зависимость кратности ослабления
рентгенозащитного материала от количества древесных частиц и количества наполнителя
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
изготавливается по традиционной технологии изготовления древесностружечных плит и хорошо обрабатываться на деревообрабатывающем оборудовании, имеет-продолжительный срок эксплуатации.
Полученные конструкции материала
торговой марки ПЛИТОТРЕН позволяют получать защитные конструкции для оформления рентгеновских кабинетов в виде стеновых панелей, полотен дверей, защитных ширм, экранов, жалюзи, ограждающих панелей и др.
Рис. 7. Результаты проверки образцов материала ПЛИТОТРЕН различных конструкций на защитные свойства от ионизирующего излучения
Библиографический список
1. Ветошкин, Ю. И. Композиционные рентгенозащитные материалы на основе древесины и древесных отходов [Текст] / Ю. И. Ветошкин, А. В. Мялицин, В. И. Крюк, И. В. Яцун // Труды II Международного Евразийского симпозиума Деревообработка, технология, оборудование, менеджмент XXI века. - Екатеринбург, 2007.
2. Ветошкин, Ю. И. Композиционные рентгенозащитные материалы на основе древесины [Текст] / Ю. И. Ветошкин, А. В. Мялицин // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России. Материалы Ш Всероссийской НТК студентов и аспирантов. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2007.
3. Ветошкин, Ю. И. Обоснование методики оценки защитных свойств композиционного материала на основе древесных отходов «Плитотрен»-А [Текст] / Ю. И. Ветошкин,
А. В. Мялицин // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России: материалы IV Всероссийской НТК студентов и аспирантов. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2008.
4. Ветошкин, Ю. И. Конструкции и эксплуатационно-технологические особенности композиционных рентгенозащитных материалов на основе древесины [Текст] : монография /
Лесотехнический журнал 3/2014
227
Деревопереработка. Химические технологии
Ю. И. Ветошкин, И. В. Яцун, О. Н. Чернышев. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. - 148 с.
5. Ветошкин, Ю. И. Плитотрен - композиционный рентгенозащитный материал на основе древесных отходов [Текст] / Ю. И. Ветошкин, А. В. Мялицин // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки : Всероссийская научно-практическая конференция. Сборник статей студентов и молодых ученых. - Красноярск: СтГТУ, 2009. - Т. 2. - C. 69-73.
6. Ветошкин, Ю. И. Влияние компонентов композиционного материала ПЛИТОТРЕН на его физико-механические и рентгенозащитные свойства [Текст] / Ю. И. Ветошкин, А. В. Мялицин // Научное творчество молодежи - лесному комплексу России : материалы IV Всероссийской НТК студентов и аспирантов. - Екатеринбург: УГЛТУ, 2009. - Ч.1. - C. 157-160.
7. Карев, Б. Н. Теоретическое определение толщины рентгенозащитного композиционного материала [Текст] / Б. Н. Карев, И. В. Яцун, Ю. И. Ветошкин, А. В. Мялицин // Вестник Казанского технологического университета. - Казань, 2013. - № 1. - C.44-48.
8. PROлес [Текст] // Журнал лесопромышленного комплекса России. - 2005. - № 1. - C. 86-93.
References
1. Vetoshkin Y.I. , Myalitsin A.V., Kryuk V.I., Yatsun I.V. X-ray protective composite materials based on wood and wood waste [Vetoshkin Y.I. , Myalitsin A.V., Kryuk V.I., Yatsun I.V. Kompozicionnye rentgenozashhitnye materialy na osnove drevesiny i drevesnyh othodov. Trudy II Mezhdunarodnogo Evrazijskogo simpoziuma Derevoobrabotka, tehnologija, oborudovanie, me-nedzhment XXI veka]. Proceedings of the II International Symposium of the Eurasian Wood, Technology, Equipment, Management of the XXI Century, Ekaterinburg, 2007. (In Russian).
2. Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. X-ray protective composite wood-based materials [Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Kompozicionnye rentgenozashhitnye materialy na osnove drevesiny. Nauchnoe tvorchestvo molodezhi - lesnomu kompleksu Rossii. Materialy III Vserossijskoj NTK studentov i aspi-rantov]. Scientific creativity of young people - for the Russian timber industry. Proceedings of the III All-Russian STC of students and postgraduates, Ekaterinburg, 2007. (In Russian).
3. Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Justification of techniques for evaluating the protective properties of the composite material based on wood waste "Plitotren" -A [Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Obosnova-nie metodiki ocenki zashhitnyh svojstv kompozicionno-go materiala na osnove drevesnyh othodov «Plito-tren»-A. Nauchnoe tvorchestvo molodezhi - lesnomu kompleksu Rossii: materialy IV Vse-rossijskoj NTK studentov i aspirantov], Scientific creativity of young people - for the Russian timber industry. Materials IV All-Russian STC of students and postgraduates, Ekaterinburg, 2008. (In Russian).
4. Vetoshkin Y.I., Yatsun I.V., Chernyshev O.N. Construction, operational and technological features of x-ray composite wood-based materials: monograph [Vetoshkin Y.I., Yatsun I.V., Chernyshev O.N. Konstrukcii i jekspluatacionno-tehnologicheskie osobennosti kompozicionnyh rentgeno-zashhitnyh materialov na osnove drevesiny: monografija], Ekaterinburg, 2009, 148 p. (In Russian).
5. Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Plitotren - X-ray protective composite material based on wood waste [Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Plitotren - kompozicionnyj rentgenozashhitnyj material na osnove drevesnyh othodov. Molodye uchenye v re-shenii aktual'nyh problem nauki: Vserossijska-
228
Лесотехнический журнал 3/2014
Деревопереработка. Химические технологии
ja nauchno-prakticheskaja konferencija. Sbornik statej studentov i molodyh uchenyh]. Young scientists in solving actual problems of science: All-Russian Scientific and Practical Conference. Collected papers of students and young scientists, Krasnoyarsk, 2009, Vol 2, pp. 69-73. (In Russian).
6. Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Influence of of the composite components of PLITOTREN material on its physical and mechanical properties and X-ray protection [Vetoshkin Y.I., Myalitsin
A.V. Vlijanie komponentov kompozicionnogo materiala PLITOTREN na ego fiziko-mehanicheskie i rentgenozashhitnye svojstva. Nauchnoe tvorchestvo molodezhi - lesnomu kompleksu Rossii : ma-terialy IV Vse-rossijskoj NTK studentov i aspirantov]. Scientific creativity of young people - for the Russian timber industry. Materials IV All-Russian STC of students and postgraduates, Ekaterinburg, 2009, Part 1, pp. 157-160. (In Russian).
7. Karev B.N., Yatsun I.V., Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Theoretical determination of the thickness of the X-ray protective composite material [Karev B.N., Yatsun I.V., Vetoshkin Y.I., Myalitsin A.V. Teoreticheskoe opredelenie tolshhiny rentgenozashhitnogo kompozicionnogo materiala]. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta - Bulletin of Kazan State Technological University, 2013, no. 1, pp. 44-48. (In Russian).
8. PROles [PROles]. Zhurnal lesopromyshlennogo kompleksa Rossii - Journal of Russian timber industry, 2005, no. 1, pp. 86-93. (In Russian).
Сведения об авторах
Яцун Ирина Валерьевна - доцент кафедры механической обработки древесины, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», «Институт лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства», кандидат технических наук, г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Ветошкин Юрий Иванович - профессор кафедры механической обработки древесины, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», «Институт лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства», кандидат технических наук, г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Шишкина Светлана Борисовна - старший преподаватель кафедры механической обработки древесины, ФГБОУ ВПО «Уральский государственный лесотехнический университет», «Институт лесопромышленного бизнеса и дорожного строительства», г. Екатеринбург, Российская Федерация; e-mail: [email protected].
Information about authors
Yatsun Irina Valeryevna - Associate Professor of Mechanical wood processing Department of FSBEI HPE «Ural State Forest Engineering University», «Institute of Forestry Business and Road Construction», PhD in Engineering, Ekaterinburg, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Vetoshkin Yuriy Ivanovich - Professor of Mechanical wood processing Department of FSBEI HPE «Ural State Forest Engineering University», «Institute of Forestry Business and Road Construction», PhD in Engineering, Ekaterinburg, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Shishkina Svetlana Borisovna - Senior Lecturer of Mechanical wood processing Department of FSBEI HPE «Ural State Forest Engineering University», «Institute of Forestry Business and Road Construction», Ekaterinburg, Russian Federation; e-mail: [email protected].
Лесотехнический журнал 3/2014
229
