CC BY
40
УДК 691-419.8
Н. Р. Галяветдинов
ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ДРЕВЕСНО-НАПОЛНЕННЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ С ВЫСОКИМИ ЭЛАСТИЧЕСКИМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Ключевые слова: резина, древесные отходы, древесная мука, опилки, композитные материалы.
Исследованы свойства композиционных материалов для производства резиновых покрытий, использующихся для напольного и наземного покрытия, полученных путем добавления в основу наполнителя из термически модифицированных древесных отходов в виде опилок. Обнаружено, что добавление наполнителя выше 40% значительно ухудшает прочность изделий. Ожидается, что в результате добавления древесного наполнителя себестоимость готовой продукции снизится примерно на 35-40%.
Keywords: rubber, wood waste, wood flour, sawdust, composite materials.
Researching properties of composite materials for production of rubber coverings of the being used for floor and land covering received by a way of addition in a basis of a filler from thermally modified wood waste in the form of sawdust are investigated. It is revealed that addition of a filler higher than 40% considerably worsens durability ofproducts. It is expected that as a result of addition of a wood filler prime cost offinished goods will decrease approximately by 35-40%.
С ростом экономической конкуренции и экологического давления на предприятия, растет потребность в разработке более эффективных и недорогих наполнителей и связующих, для производства композиционных материалов [1-2].
Данные требования распространяются практически на все композиционные материалы получаемые из древесных наполнителей. Как правило они все сделаны из вторичного сырья с добавлением переработанных связующих. Натуральные волокна, как правило, имеют относительно высокую прочность а также низкую плотность по сравнению с традиционными связующими в композиционных материалах. Таким образом, универсальность и возможность использования вторичных источников
обуславливает низкую стоимость получаемых композитов. В результате, по истечении десятилетий возрождается интерес к разработке целлюлозных волокон для производства усиленных композитов. Одним из таким покрытий являются композиционные материалы на основе древесной муки и резины из которых изготавливают резиновые покрытия. Резиновые покрытия - это самый современный вид травмобезопасных напольных и наземных покрытий использующихся на сегодняшний день в различных областях, и, которые имеют много различных достоинств, одним из основных среди которых является его высокая пластичность и износостойкость. На сегодняшний день наибольшее распространение они получили там, где важен не только внешний вид покрытия, но и его стабильность и прочность [3-7]. Это идеальное решение для покрытия полов, подверженных высоким механическим, точечным и ударным нагрузкам, а именно тем нагрузкам, которые чаще всего происходят в тренажерных залах и фитнес центрах. Покрытие обладает износостойкостью, влагостойкостью, упругостью и имеет очень привлекательный внешний вид, который украсит любой фитнес центр и тренажерный зал, сделав обстановку более уютной. Данное покрытие не подвергаются деформации, а не скользящая
поверхность обеспечивает прочное сцепление с поверхностью при ходьбе и тренировке, поглощает звуки, снижает нагрузку на суставы и связки, что снижает получения травм в фитнес центрах и тренажерных залах до минимума. Кроме того, к плюсам такой поверхности можно добавить то, что резиновые покрытия не рвутся, не ломаются и не крошатся, не токсичны, поглощают шум и удары, стойки к перепадам температур. Также немаловажно отметить то, что резина хорошо способствует антискользящему эффекту, благодаря чему отлично подойдет для укрытия зон бассейнов, где очень важно, чтобы поверхность вокруг водоема была достаточно сухой и стойкой. Причем уже не редкость, когда на детских площадках школ и садиков отдают предпочтение травмобезопасным покрытиям, которые обезопасят детей от различного рода повреждений. С такими преимуществами резиновых покрытий перед гранитной брусчаткой не остается приоритетов в выборе последней вовсе. Поэтому, неудивительно, что продажа резиновой крошки, как основного сырья для производства таких дорожек, в последнее время растет, набирая обороты. Но при этом одновременно растет и ее цена [8].
С целью получения образцов резиновых покрытий, а также изучения их основных физико-механических свойств были приготовлены различные составы смесей отходов деревообработки: древесной муки, а также древесных опилок различных размеров в смеси с сырой древесиной [9]. Введение в состав резины древесного наполнителя мотивировалось следующими причинами: во-первых использование отходов лесного и деревообрабатывающего комплекса; во-вторых возможная принципиальная заменаминеральных и металлических наполнителей без снижения физико-механических характеристик; в-третьих, стремление удешевления покрытия за счет экономии резины. Полученные образцы представлены на рис.1.
б
Рис. 1 - Образцы композиционных материалов: а - наполнитель древесная мука; б - наполнитель древесные опилки
В ходе экспериментов в качестве основы для эластичного покрытия была выбрана сырая резина, которая является относительно недорогим материалом с хорошими эксплуатационными свойствами. В результате были получены показания эластичности по отскоку исследуемых образцов (табл.1). По полученным данным можно отметить, что максимальное возможное наполнение древесной мукой составляет до 40-45% от ее содержания. Включение в состав композита более большего количества древесной муки приводит к значительному росту твердости получаемого материала, и как следствие, ухудшению связи в композите «резина-древесина» и к последующему его разрыхлению. Также было выявлено, что максимальное количество древесных опилок в составе композита варьируемся в пределах 45%-50% в зависимости от размеров частиц. Также, увеличение содержания древесного наполнителя приводило к потере когезионной прочности и эластичности, что влечет за собой ухудшение свойств получаемого композита [10-14].
Сопоставив полученные результаты с экономическими показателями можно получить график эффективности использования древесного наполнителя на единицу объема продукции. Таким
образом, ввиду того, что основным требованием к резиновым покрытиям наземного и напольного назначения остается высокий коэффициент трения скольжения, можно сделать вывод, что при производстве дорожного покрытия из резиновой основы добавление наполнителя из древесных отходов значительно снизит себестоимость получаемой продукции, не снижая при этом его основные качественные характеристики [15-17] (рис. 2).
Таблица 1 - Результаты замеров эластичности по
Наполнитель Объем добавки, % Значение эластичности по отскоку, %
Древесная мука 10 39
20 34
30 30
40 24
50 15
Древесные опилки мелкой фракции 10 41
20 35
30 31
40 26
50 22
Древесные опилки крупной фракции 10 42
20 35
30 33
40 26
50 20
/ ™
Рис. 2 - Себестоимость 1 кг. композиционного материала на 2015г.: 1 - без добавления древесного наполнителя; 2 - с добавлением древесного наполнителя с содержанием 40% древесного наполнителя
Литература
1. Сафин, Р.Р. Усовершенствование технологии производства травмобезопасных покрытий на основе резиновых крошек / Р.Р. Сафин, Н.Р. Галяветдинов //
Вестник Казанского технологического университета. -2014. Т17. №9 - С.133-135.
2. Сафин Р.Р. Способ изготовления древесно-наполненного композиционного материала / Р.Р. Сафин, Н.Р. Галяветдинов и др.// Патент РФ на изобретение № 2453426.
3. Хасаншин, Р.Р. Исследование изменения химического состава древесины, подвергнутой термомодифицированию, с помощью ИК-спектрометра / Р.Р. Хасаншин, Е.Ю. Разумов, Р.Р. Сафин. // Вестник Казанского технологического университета. - 2010, №9.
4. Галяветдинов, Н.Р. Усовершенствование технологии изготовления древесно-наполненных композиционных материалов / Н. Р. Галяветдинов // Деревообрабатывающая промышленность. 2012. - №1. -С. 25-27.
5. Мухаметзянов, Ш.Р. Сушка и термовлажностная обработка крупномерной древесины / Ш. Р. Мухаметзянов, Р.Р. Хасаншин // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2013. №22. -С. 72-73.
6. Сафин, Р.Р. Энергосберегающая установка для сушки и термической обработки древесины / Р.Р. Сафин, Е.Ю. Разумов, Н.А. Оладышкина // Вестник Казанского технологического университета. - 2010. - №9. - С.542-546.
7. Сафин, Р.Р. Повышение эксплуатационных характеристик композиционных материалов, созданных на основе термически модифицированной древесины / Р.Р. Сафин, Р.В. Данилова, Р.Р. Хасаншин // Вестник Казанского технологического университета. Казань. -2012. - Т15. №7. - С. 64-66.
8. Разумов, Е.Ю. Тепломассоперенос внутри древесины в процессе ее термического модифицирования / Е. Ю. Разумов, Р.Р. Сафин // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - №15. -С. 137-142.
9. Сафин, Р.Р. Разработка технологии создания влагостойкой фанеры / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин и др. // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. - Т15. №20. - С. 64-65.
10. Сафин, Р.Р. Вакуумно-конвективное термомодифицирование древесины в среде перегретого пара / Р.Р. Сафин, Р.Г. Сафин, А.Р. Шайхутдинова // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2011. №6. - С. 93-99.
11. Галяветдинов, Н.Р. Усовершенствование технологии изготовления древесно-наполненных композиционных материалов на основе цементных вяжущих / Н.Р. Галяветдинов, В.А. Лашков, А.Н. Николаев // Вестник Казанского технологического университета. Казань. -2011. №20. - С. 112-115.
12. Хасаншин, Р.Р. Термическая обработка древесного наполнителя в производстве композиционных материалов / Р. Р. Хасаншин, В. А. Лашков и др. // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2011. №20. - С. 150-154.
13. Сафин, Р.Р. Разработка технологии создания влагостойкой фанеры / Р. Р. Сафин, Р. Р. Хасаншин и др. // Вестник Казанского технологического университета. Казань. - 2012. №20. - С. 64-65.
14. Сафин, Р.Р. Общие принципы модификации натуральных волокнистых материалов различного происхождения в плазме ВЧ-разряда пониженного давления / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин и др. // Вестник Казанского государственного университета. Казань. -2009. №5. - С. 304-308.
15. Сафин, Р.Р. Исследование термомодифицирования древесины сосны в условиях вакуумно-кондуктивных аппаратов / Р.Р. Сафин, Р.Р. Хасаншин и др. // Дизайн и производство мебели. - 2008. №2. С. 36-39.
16. Сафина А. В. Анализ потенциалов снижения энергозатрат деревообрабатывающих предприятий / Деревообрабатывающая промышленность. 2013. - №4. -С. 40-43.
17. Сафина, А.В. Структурные преобразования лесопромышленного комплекса Республики Татарстан в сфере глубокой переработки древесины / Деревообрабатывающая промышленность. 2012. - №4. -С. 45-47.
© Н. Р. Галяветдинов - канд. техн. наук, доц. каф. архитектуры и дизайна изделий из древесины КНИТУ, nour777@mail.ru.
© N.R. Galyavetdinovnov - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of "Architecture and design of wood", KNRTU, nour777@mail.ru.
