INFLUENCE OF FILLER CONCENTRATION ON PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES OF WOOD-FILLED MATERIALS
Authors: Сабирова Г.А. , Сафин Р.Р. , Хайруллин Р.З. , Галяветдинов Н.Р. , Кайнов П.А. 
Published: July 2024

На сегодняшний день разработка материалов, подвергающихся ускоренным физикохимическим и биологическим изменениям в окружающей среде, активно внедряемых в современное производство, основана на принципах создания полимерных композитов с минеральными наполнителями. Важную роль в рецептуре древесно-наполненных композитов играют тип полимера, тип и размер частиц наполнителя, введение специальных добавок для улучшения конечных характеристик материала. Получение конкурентоспособной продукции возможно только путем всестороннего изучения влияния этих факторов на свойства композита, что актуализирует обращение авторов в данной теме. Композиционные материалы на основе древесного наполнителя являются перспективным материалом, активно завоевывающим рынок. Это связано с преимуществами использования данного материала в различных областях: стойкость к атмосферным воздействиям и экологичность, легкость механической обработки и возможность утилизации отходов. Кроме того, это еще и рациональное использование отходов лесопиления, мебельной и деревообрабатывающей промышленности, использования низкосортной древесины. В данной статье представлены результаты экспериментальных исследований физикомеханических свойств древесно-наполненных композиционных материалов на основе полилактида (PLA) и растительного наполнителя в виде древесной муки (ДМ), термически модифицированной высокими температурами в диапазоне от 200 до 240 °С. Определена зависимость предела прочности при растяжении, ударной вязкости, модуля упругости при статическом изгибе и плотности композитов от количества древесного наполнителя и температуры его предварительной термической модификации. Установлено, что с увеличением концентрации вводимого наполнителя и степени его термической обработки снижаются предел прочности при растяжении, ударная вязкость и плотность композиционных материалов, в то время как при меньшем содержании связующего термическая модификация при 200 °С оказывает положительное влияние на модуль упругости при изгибе. Выявлено, что содержание древесного наполнителя в количестве 40 % и нагретого до 200 °С достаточно для сохранения относительно высоких показателей физико-механических свойств композитных материалов. При большем содержании древесного наполнителя возможно снижение себестоимости, но при этом может значительно ухудшиться качество производимой из этого материала продукции. Однако, в зависимости от цели применения и жизненного цикла данной продукции, возможна разработка рецептуры, включающей большую концентрацию наполнителя.

The development of materials undergoing accelerated physicochemical and biological changes in the environment is actively being introduced into the modern production and is based on the principles of creating polymer composites filled with mineral fillers. An important role in the formulation of wood-filled composites is played by the type of polymer, the type and size of filler particles and the introduction of special additives meant to improve the final characteristics of the material. Obtaining competitive products is possible only through a comprehensive study of the influence of these factors on the properties of the composite. Composite materials based on wood filler are deemed promising, therefore they are actively being introduced on the market. This is due to the advantages of using this material as weather resistant and environmentally friendly, easy to process and dispose. In addition, it is also the rational use of edging, furniture and wood processing industry, application of low-grade wood. This article presents the results of experimental studies of the physicomechanical properties of wood-filled composite materials based on polylactide (PLA) and vegetable filler in the form of wood flour (WF), thermally modified at high temperatures in the range from 200 to 240 °C. The dependence of the tensile strength, toughness, modulus of elasticity under static bending and the density of the composites on the amount of wood filler and the temperature of its preliminary thermal modification is determined. It was revealed that with increasing concentration of the introduced filler and its heat treatment, the tensile strength, impact strength and density of composite materials decrease, while with a lower binder content, thermal modification at 200 °C has a positive effect on the bending elastic modulus. It was revealed that 40% of wood filler heated to 200 °C is sufficient to maintain relatively high physical and mechanical properties of composite materials. With a higher content of wood filler, a cost reduction is possible, however the quality of the products made from this material can significantly deteriorate. Yet, depending on the purpose of application and the life cycle of the product, it is possible to develop the formulation that includes a large concentration of filler.