ОСОБЕННОСТИ ПОВЫШЕНИЯ ОГНЕСТОЙКОСТИ

ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ  

 

FEATURES OF INCREASING of FIREproof Thermal insulation WOOD BOARDS

 

Ермолина А.В. (СибГТУ, г.Красноярск, РФ)

Ermolina A.V. (Siberian State University of Technology)

 

Рассмотрены принципы  создания теплоизоляционных древесных плит на основе волокон древесины, обладающих низкой теплопроводностью. Изучены технологические особенности получения огнестойких плит.    

 

In article described the principles of creating thermal insulation material based on wood fibers  having a low thermal conductivity. Technological features produce fireproof wood boards are studied.

 

Ключевые слова: древесное волокно, теплоизоляционные древесные плиты, огнестойкость, огнезащитные препараты

Key words: wood fiber, thermal insulation wood boards, fireproof, fire retardant preparations

 

В настоящее время к материалам, используемым в строительстве, применяются все более высокие требования. Особенно они ужесточены по отношению к экологической безопасности и горючести материалов. Одним из путей повышения экологичности  материалов может являться применение в их производстве в качестве сырья возобновляемого растительного сырья. С целью повышения огнестойкости наиболее часто используют обработку готовых материалов огнезащитными препаратами или вводят их в композицию на стадии производства.

В работе в качестве сырья для производства теплоизоляционных древесных плит использовалось  древесное волокно, полученное из щепы при размоле с использованием дефибратора (градус помола 110ДС).  

При выборе способа получения  теплоизоляционных материалов одним из определяющих факторов является обеспечение низкой теплопроводности, которая зависит от плотности. На основании литературных данных известно[1],что материалы на основе волокон древесины могут иметь низкий коэффициент теплопроводности при плотности от 50 до 75 кг/м3. Достижение такой плотности принятым способом изготовления плитных материалов  (прессованием)  невозможно. Исходя из этого, для получения теплоизоляционного материала был выбран способ аэрирование, при котором снижение плотности достигается образованием пористой структуры материала, посредством  введения в состав композиции поверхностно-активных веществ[2].     

Теплоизоляционные древесные плиты изготавливались на основе следующей композиции: древесное волокно, связующее, вода и пенообразователь. Связующим веществом был выбран поливинилацетатный клей (клей ПВА) с классом водостойкости D4 , так как наряду с технологическими достоинствами он является наиболее экологически чистым связующим (IV класс опасности [3]).

Известно[4], что с целью повышения огнестойкости плит из древесины в промышленности выделяют четыре основных способа: обработка сырья огнезащитными препаратами перед смешением со связующим; введение препаратов в рабочий раствор связующего; введение порошкообразных огнезащитных препаратов в волокно одновременно со связующим; горячая напрессовка на поверхность плиты. Для получения теплоизоляционного плитного материала низкой плотности в работе был использован способ введения сухих огнезащиных препаратов в композицию одновременно с связующим, так как этот способ не требует выполнения дополнительных технологических операций и прост в исполнении.

Однако повышение огнестойких свойств материала кроме изменения состава композиции может привести изменению технологических особенностей производства. Поэтому нами были произведены следующие исследования.

В ходе предварительных экспериментов было установлено,  что для получения огнестойких древесных плит влажность волокон древесины должна превышать предел насыщения клеточных стенок (более 30 %).  На основании этого были проведены  исследования по определению необходимой рабочей влажности исходного сырья. Влажность варьировалась в пределах от 30 % до 200 %, критерием оценки служила плотность полученного материала.  Результаты представлены на рисунке 1. Как следует из полученных данных, плотность материала, обеспечивающая низкую теплопроводность, достигается при влажности волокон древесины равной 90 %. Для дальнейших экспериментов использовалась именно эта влажность исходного сырья.

Рисунок 1 – Зависимость плотности материала от рабочей влажности      волокна

 

При отборе огнезащитных препаратов особое внимание уделялось концентрации водородных ионов (рН вещества), так как используемое связующее и пенообразователь имеют кислую среду (рН менее 7) и применение щелочных препаратов могло вызвать коагуляцию ПВА, разрушение пористой структуры и повышение плотности. Исходя из этого, для проведения экспериментов был отобран препарат «Оберег-ОБ (ПРОФ)» [5], имеющий слабокислую среду (рН от 5 до 6).

Введение в композицию материала огнезащитного препарата увеличивает его плотность. Следовательно, для обеспечения требуемой плотности структура материала должна быть более пористой. Этого можно достигнуть введением большего количества пенообразователя. Эксперименты по определению соотношения огнезащитного препарата и пенообразователя  в композиции проводились с использованием методов математического планирования эксперимента на основе плана Ко-2. В качестве варьируемых факторов были выбраны следующие показатели: поглощение огнезащитного средства, кг/м3; концентрация пенообразователя в композиции, %.  

В качестве выходных величин определялись плотность материала, ρ, кг/м3, по ГОСТ 17177 – 94 [6] и потеря массы образца при сжигании, Δm, %, по    ГОСТ 12.1.044 – 89 [7]. Лучшим соотношением считали такое, при котором достигались минимальная потеря массы при сжигании  (менее 60 %) и плотность около 60 кг/м3. В таблице 1 приведена композиция с лучшими значениями показателей по результатам экспериментов.

 

Таблица 1– Результаты экспериментов

Концентрация

пенообразователя в композиции, %

Поглощение огнезащитного средства, кг/м3

Выходные величины

Плотность, ρ, кг/м3

Потеря массы при сжигании, Δm, %

1,08

80

57,38

12,74

  

Заключение: Таким образом, на основании проведенных экспериментов была доказана возможность получения огнестойких теплоизоляционных древесных плит с низкой теплопроводностью.  

 

Список использованных источников

1 Finck, J. L. Mechanism of  heat flow in fibrous materials / J. L. Finck // Bureau of Standards Journal of Research. – Washington, 1930. – № 5. – Р. 973-984.

2 Ермолина,  А. В. Формирование структуры теплоизоляционных материалов на основе волокон древесины [Текст] / А. В. Ермолина //  Хвойные бореальной зоны. – 2013. – № 1-2. – С. 168-171. 

3 ГОСТ  12.1.007 – 76. Вредные вещества: классификация и общие требования безопасности. – Введ.01.01.77.  – М.: Изд-во стандартов, 1990. – 4 с.

4 Леонович, А. А. Физико-химические основы образования древесных плит [Текст] / А. А. Леонович. – СПб.: Химиздат, 2003. – 192 с.

5 ООО «Оберег» [Электронный ресурс] / «Айкон». – Новосибирск; 2012. – Режим доступа: http://zpo-obereg.ru.

6 ГОСТ 17177 – 94. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные: методы испытаний. – Взамен ГОСТ 17177 – 87; введ. 01.04.96. – М.: Изд-во стандартов, 1996. – 40 с.

7 ГОСТ 12.1.044 – 89. Пожаровзрывоопасность веществ и материалов: номенклатура показателей и методы их определения. – Введ. 01.01.91. – М.: Стандартинформ, 2006. – 108 с.