УДК 620.22

ПОВЫШЕНИЕ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ И ЭСТЕТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ

 

INCREASING OPERATIONAL AND AESTHETIC CHARACTERISTICS OF PRODUCTS FROM WOOD-POLIMER COMPOSITES

 

Сафин Р.Р.,  Илалова Г.Ф., Мухтарова А.Р, Шамсутдинова А.И.

(Казанский национальный исследовательский технологический университет, г.Казань, РФ)

Safin R.R., Ilalova G.F., Mukhtarova A.R., Shamsutdinova A.I. (Kazan national research technological university)

 

Целью разработки данной технологии является повышение эксплуатационных и эстетических характеристик изделий из древесно-полимерных композиций, а также улучшенные конечные качества материала, а именно, отсутствие характерного для термодревесины запаха и образования трещин на поверхности материала.

The purpose of developing this technology is to increase the operational and aesthetic characteristics of products made from wood-polymer compositions, as well as improved final qualities of the material, namely, the absence of a characteristic smell of thermo-wood and the formation of cracks on the surface of the material.

 

Ключевые слова: термомодифицированная древесина, термодревесина, древесно-полимерные композиты

Key words: thermomodified wood, thermal wood, wood-plastic composites

 

Введение

Древесина имеет широкий спектр использования. Одним из самых главных свойств древесины является его естественная долговечность, прежде всего это касается стойкости древесины к биологическим вредителям.

Наблюдается постоянное расширение сфер применения лесной продукции: начиная от появления новых композиционных материалов и заканчивая разработкой новых технологий получения химических продуктов на основе древесины. Широкое использование измельченной древесины в производстве композиционных материалов объясняется многими причинами: возобновляемостью, относительной дешевизной, легкостью обработки, хорошей смачиваемостью и т.д. [2]. Применение древесины при производстве химических товаров объясняется разнообразием химических веществ входящих в её состав. Однако, несмотря на большое количество положительных качеств, древесина не лишена и определенных недостатков, которые могут вызвать сокращение срока службы изделия из древесно-наполненного композита или усложнить выход качественных или количественных показателей получаемых химических продуктов [1]. В связи с этим в процессе производства соответствующего изделия древесное сырье проходит различные методы обработки и модификации, к наиболее исследованным из которых можно отнести такие традиционные технологические операции как механическая обработка, сушка, гидротермическая обработка, а также различные методы химического воздействия. В то же время в последние годы активно развиваются новые методы физико-химического воздействия на древесное сырье, основанные на модификации древесной структуры, среди которых наибольший интерес исследователей прикован к процессам термической обработки древесины, происходящим в безвоздушной среде при температурах 180 - 300 °С. Термическая обработка вызывает изменение физических свойств и химического состава древесного сырья, что впоследствии способствует повышению эксплуатационных характеристик композиционных материалов и эффективности производства химических продуктов из термомодифицированной измельченной древесины .

Исследования и результаты

Для анализа влияния предварительного термомодифицирования древесного наполнителя при производстве композитов была проведена серия опытов по созданию и испытанию образцов древесно-полимерных материалов (ДПКМ).

С целью определения влияния процесса термомодифицирования древесного наполнителя на эксплуатационные свойства древесно-полимерных композиционных материалов были проведены исследования полученных образцов на прочность и водопоглощение.

Рисунок 1 - Кинетика относительной массы образцов ДПКМ при выдержке в дистиллированной воде

 

Исследование водопоглощения образцов ДПКМ проводили после выдержки в дистиллированной воде в течение 50 часов. Из графиков видно (рис. 1), что с ростом температуры обработки древесного наполнителя значительно снижается водопоглощение образцов древесно-полимерных плит, что согласуется с аналогичными исследованиями других композиционных материалов, наполненных термически модифицированным древесным наполнителем, представленными в литературе.

Таким образом, следует подчеркнуть, что термомодифицирование древесного сырья в производстве древесно-полимерных плит позволяет повысить их водостойкость.

В результате проведенных исследований была выпущена опытная партия террасной доски из полимерной композиции с термообработанным древесным наполнителем в количестве 250 п.м. Свойства террасной доски опытно-промышленной партии в сравнении с требованиями технических условий к готовому изделию 1 класса по НИЦ «ДПК»  представлены в табл. 1.

 

Таблица 1- Свойства террасной доски опытно-промышленной партии

Наименование показателя

Требования к готовой продукции 1 класса

по НИЦ «ДПК»

Значение показателя для ТМ террасной доски опытно-промышленной партии

обр = 220 °С)

1.

Плотность, кг/м3 (EN ISO 1183-1)

1100-1400

1200

2.

Водопоглощение после выдержки в дистиллированной  воде 50 ч.,

% (EN 1087-1)

4,0

1,08

3.

Разбухание по толщине после выдержки в дистиллированной воде 50 ч., % отн. (EN 1087-1)

0,4

0,05

4.

Твердость при вдавливании шарика, Н/мм2 (ГОСТ 4670-91)

190-250

197

5.

Предел прочности при растяжении, МПа

(ГОСТ 11262-80)

10-16

18

6.

Предел прочности при статическом изгибе, МПа

(ГОСТ 4648-2014)

40

46

 

В результате проведенных исследований в сравнении с требованиями готовой продукции качество композита значительно повысилось по физическим и механическим характеристикам. Особенно повысилась водостойкость изделия в 3-3,5 раза. Известно, что низкая водостойкость материала пагубно влияет на внешний вид террасных досок при их эксплуатации во влажных условиях.

Кроме того, установлено, что изменение цвета древесного сырья в процессе термомодифицирования (с повышением температуры обработки материала) положительно сказывается на внешнем виде конечного изделия (коричневых, темно-коричневых, бардовых), снижая необходимое количество красящих агентов (красителей) и не проявляясь на поверхности доски в результате шлифования.

 

 

Проведенный технико-экономический анализ подтвердил эффективность внедрения термического метода модифицирования в промышленность, поскольку наблюдается повышение стоимости продукции при существенном повышении эксплуатационных характеристик.

Заключение

Одним из наиболее эффективных методов признается технология термической обработки, позволяющая при меньших энергозатратах получить существенные изменения в физических и химических характеристиках древесины. Благодаря термомодифицированию древесно-полимерного композита было достигнуто повышение  эксплуатационных и эстетических характеристик террасной доски. Так же, благодаря полному отсутствию питательных веществ для биологических организмов термодревесина не подвержена разрушающим воздействиям вредных насекомых и грибков. В результате данных изменений становится возможным беспрепятственное применение изделий из древесно-полимерных композитов, как для напольного покрытия, так и для наружной облицовки зданий, а также в производственных помещениях с высокой температурой и экстремальной влажностью.

Список использованных источников

1. Волынский В.Н. Технология древесных плит и композитных материалов: учебно-справочное пособие.  СПб.: Издательство «Лань», 2010.  336 с.

2. Салимгараева Р.В. Технология термического модифицирования древесного наполнителя в производстве композиционных материалов: дисс. …канд. техн. наук. Казань: КНИТУ, 2013. 155 с.

 

Данная работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – докторов наук (МД – 5596.2016.8).