Исследование физико-механических свойств теплоизоляционной панели на основе древесно-полимерных композитов и пенополиуретана

УДК 674.8

И. М. Галиев, В. В. Сагадеев ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ ПАНЕЛИ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИТОВ И ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

Ключевые слова: древесные отходы, полимер, теплоизоляционный материал, композиционный материал.

Проведен анализ результатов исследований физико-механических свойств теплоизоляционной панели на основе древесно-полимерных композитов и пенополиуретана. Определена зависимость пределов прочности на сжатие и на изгиб, а также коэффициента теплопроводности изделия от количества древесного наполнителя и типа связующего полимера используемого при формировании поверхностного слоя изделия. Также в работе представлены примеры состава теплоизоляционной панели.

Keywords: wood waste, polymer, heat-insulating material, composite material.

The analysis of the results of studies ofphysical and mechanical properties of the heat-insulating panel based on woodpolymer composites and polyurethane foam. The dependence of the compressive strength and flexural strength, thermal conductivity and the product of the number of wood filler and binder polymer type used in the formation of the surface layer of the product. Also in the paper presents examples of the composition of insulating panel.

В настоящее время наблюдается тенденция роста малоэтажного строительства, что соответственно увеличивает и спрос на теплоизоляционные материалы. Наиболее предпочтительными среди них являются изделия обладающие низкой теплопроводностью в сочетании с широкими функциональными возможностями. Среди множества материалов, представленных в богатом ассортименте, трудно представить рынок современных строительных материалов без древесно-полимерных композитов (ДПК) [1, 2]. Интенсивное развитие ДПК получили благодаря высоким эксплуатационным показателям изделий на их основе, а также в необходимости повышения эффективности использования древесных отходов [3], образующиеся в больших количествах и более рационального использования вторичных полимерных ресурсов, в частности отходов термопластичных полимеров [4].

В связи с этим интерес представляют теплоизоляционные панели, состоящие из поверхностного слоя на основе ДПК и внутреннего слоя на основе пенополиуретана (ППУ). Пенополиуретан - легкий и прочный теплоизоляционный материал, образующийся при реакции двух жидких компонентов: полиола и полиизоционата. Он имеет отличную адгезию практически с любыми материалами (дерево, кирпич, стекло, пластмассы, бетон и т.д.) независимо от конфигурации поверхности. Преимуществами ППУ являются низкий коэффициент теплопроводности, легкий вес 30^60кг/м3, высокая акустическая изоляция и долговечность покрытий. Недостатком ППУ является «боязнь» прямых солнечных лучей [5].

Состав теплоизоляционной панели для формирования поверхностного слоя включает древесные частицы размерами 0,2 - 10 мм, термопластичный полимер имеющий предел текучести расплава 3 - 10 г/10 мин, с температурой плавления не более 180 оС и целевые добавки (модификаторы, красители, экс-трузионные смазки и т.д.) [6]. Внутренний слой панели состоит из ППУ. Соотношение компонентов в изделии может варьироваться в зависимости от области использования. Наиболее подходящим способом производства является метод коэкструзии.

Для лучшего понимания состава изделия в таблице представлены некоторые примеры конкретного выполнения.

Таблица 1 - Примеры состава теплоизоляционной панели на основе ДПК и ППУ

№ примера Соотношение компонентов

Поверхностный слой Внутренний слой

1. ПВХ

2. ПП

3. ПЭ

4. ПЭТ

5. ПС

Теплофизические и прочностные характеристики являются основными критериями при выборе теплоизоляционных материалов. При оценке теплофи-зических показателей было принято решение исследовать теплопроводность композита в зависимости от концентрации древесных частиц и типа полимерной матрицы, использованного при формировании материала (рис. 1).

Экспериментальные исследования, направленные на определение теплопроводности, показывают зависимость данного коэффициента от концентрации древесных частиц и типа используемого связующего полимера. Полученные данные отражают уменьшение теплопроводности материала при увеличении концентрации наполнителя. Установлено, что образцы на основе ПВХ в качестве полимерной матрицы имеют меньшее значение тепловодности.

Рис. 1 - Зависимость коэффициента теплопроводности от концентрации древесного наполнителя: 1 - на основе ПВХ; 2 - на основе ПП; 3 - на основе ПЭ

На рисунке 2 и рисунке 3 отображены результаты исследования предела прочности на сжатие и на изгиб теплоизоляционной панели, направленные для изучения зависимости изменения прочности материала от концентрации наполнителя (древесная мука М-180) в поверхностном слое панели и типа связующего полимера.

Рис. 3 - Зависимость предела прочности на изгиб от концентрации древесной муки в поверхностном слое: 1 - на основе ПВХ; 2 - на основе ПП;

3 - на основе ПЭ

Анализ проведенных исследований показывает, что разработанный композит обладает высокими прочностными характеристиками и низким коэффициентом теплопроводности, что обеспечивает широкий диапазон области его использования, дающий возможность заменить традиционные дорогостоящие виды теплоизоляционных материалов на более высокоэффективный и дешевый материал. Экономический эффект производственного цикла достигается технологичностью производства, малой энергоемкостью и возможностью использовать вторичные ресурсы.

Литература

1. Р.Г. Сафин, М.Г. Ахмадиев, И.М. Галиев, Вестник Приамурского государственного университета им. Шолом-Алейхема, 25, 4, 73-77, (2016).

2. И.М. Галиев, Напольное покрытие на основе древесно-полимерного композита / Деревообрабатывающая промышленность*., 4, 14-18, (2015).

3. Р.Г. Сафин, И.М. Галиев, М.Г. Ахмадиев, Вестник Казанского технологического университета, 17, 4, 152-154, (2014).

4 И.М. Галиев, Т.О. Степанова. В кн. Fundamental and applied science - 2015 Materials of the XI International scientific and practical conference, 2015. С. 32-35.

5. Р.Г. Сафин, Н.Ф. Тимербаев, В.В. Степанов, Э.Р. Хай-руллина, Вестник Казанского технологического университета, 15, 11, 90-92, (2012).

6. И.М. Галиев, З.Г. Саттарова. В сб. Энергетика: эффективность, надежность, безопасность, ООО Скан, Томск, 2015, С. 49-51.

Рис. 2 - Зависимость предела прочности на сжатие от концентрации древесной муки в поверхностном слое: 1 - на основе ПВХ; 2 - на основе ПП; 3 - на основе ПЭ

У изделий, поверхностный слой которых сформирован на основе ПВХ, предел прочности по обоим направлениям в среднем выше в 1,3 раза по сравнению ПП, и в 1,5 раза по сравнению с аналогами на основе ПЭ. Также выявлено, что увеличение концентрации наполнителя в поверхностном слое приводит к резкому снижению прочностных характеристик всех изделий.

© И. М. Галиев - кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной компьютерной графики и автоматизированного проектирования КНИТУ, galei1@mail.ru; В. В. Сагадеев - кандидат технических наук, доцент той же кафедры, v. sagadeev@mail.ru.

© I. M. Galiev - candidate of engineering sciences, assistant professor of the Department engineering of computer graphics and computer-aided design KNRTU, galei1@mail.ru; V. V. Sagadeev - candidate of engineering sciences, assistant professor in the same Department, v.sagadeev@mail.ru.