Исследование высоконаполненных древесно-полимерных композиционных материалов, получаемых экструзионным методом

ХИМИЯ, ТЕХНОЛОГИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОЛИМЕРОВ

УДК 674.04

Р. Г. Сафин, Г. И. Игнатьева, И. М. Галиев ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫСОКОНАПОЛНЕННЫХ ДРЕВЕСНО-ПОЛИМЕРНЫХ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ, ПОЛУЧАЕМЫХ ЭКСТРУЗИОННЫМ МЕТОДОМ

Ключевые слова: древесина, экструзия, композиционный материал, экструдер, полимер, смешение, водопоглощение.

Проведен анализ результатов исследований производства древесно-полимерного композиционного материала методом экструзии. Даны результаты исследований по водопоглощению высоконаполненного древеснополимерного композиционного материала.

Keywords: wood, extrusion, composite material, extruder, polymer, mixing, water absorption.

The analysis of the results of the study WPKM (The wood-polymer composite material)production by extrusion. Presents the results of studies on the water absorption of highly filled wood-polymer composite material.

На базе кафедр лесотехнического профиля КНИТУ ведутся разработки по созданию древесных композитных материалов [1,2,3,4]. В частности, на кафедре переработки древесных материалов смонтирована экструзионная установка [9], позволяющая получать высоконаполненные древесно-полимерные композиты.

Высоконаполненный древесно-полимерный

композит (ДНК) относительно новый для нашего рынка, но набирающий популярность материал в сфере строительства. Быстрое развитие ДНК на основе термопластов за последние годы обусловлено его преимуществами по сравнению с конкурирующими материалами [11]. Он не содержит фенолформальдегидных смол и других вредных связующих, не поддается воздействию микроорганизмов, грибов и плесени, не разрушается насекомыми и грызунами. Изделия водостойки, не поддаются коррозии, короблению и растрескиванию. Материалы из ДНК успешно заменяют натуральную древесину, фанеру и древесные плиты, пластики, алюминий, бетон. Температура возгорания таких изделий выше, чем древесины, срок эксплуатации изделий из ДНК без изменения характеристик до 25 лет [8].

На практике в качестве полимерных матриц для производства ДНК наибольшее распространение получили полиэтилен (НЭ), полипропилен (1111) (суммарно занимающие более 80 % от общего объема потребления) и поливинилхлорид (ПВХ). Столь широкое применение НЭ и НН связан с их хорошей смешиваемостью с органическим наполнителем, а так же низкой температурой плавления, позволяющей применять органический наполнитель без риска термического разложения древесины [7].

Важнейшим показателем для строительных материалов является водопоглощение. Как правило, во-допоглощение ухудшает свойства материала, увеличивает теплопроводность и среднюю плотность, а также уменьшает прочность.

Для исследования процесса водопоглощения высоконаполненных ДНК по ГОСТ 4650-80 (СТ СЭВ

1692-79) [10] были изготовлены экспериментальные образцы.

Для изготовления образцов использовались следующие компоненты:

1) связующие - НЭ ТН и НН 4445 в количестве 20-40% от общей массы;

2) наполнитель - древесные опилки в количестве 60-80% от общей массы;

Внешний вид образцов представлен на рисунке 1.

Рис. 1 - Испытуемые образцы

Технология изготовления образцов заключалась в следующем. На первом этапе проводилось изготовление компаунда. Технология компаундирования: подготовка компонентов, заключающаяся в сушке древесной муки до влажности менее 6% (для предотвращения в процессе смешивания выделения влаги и улучшения адгезии со связующим), затем вальцевание. В результате получили полуфабрикат ДНК, который затем подавали в загрузочное устройство экструдера. Нолученные образцы обрезались на отрезки длиной 5 см [9].

Цель и задачи исследования - определить влияние состава ДПК на водопоглощение. Испытания на водопоглощение проводились по ГОСТ 4650-80 (СТ СЭВ 1692-79) [10]. Результаты исследований представлены в таблице 1.

Таблица 1

Вид Соотношение Вес Вес Коли-

свя- компонентов образца образца чество

зую связующее/ до ис- после погло-

щего наполнитель пыта- испы- щенной

ния тания воды, %

40/60 4,3 4,4 2,3

ПП 30/70 4,3 4,5 4,6

20/В0 4 4,3 7,5

40/60 4,1 4,3 4,8

ПЭ 30/70 4,4 4,7 6,8

20/В0 4,5 5 11

Таким образом, значительного изменения в массе и в линейных размерах образцов не наблюдается. Влияние увеличения процентного соотношения древесных опилок на водопоглощение образцов незначительно. Напротив, вид связующего играет существенную роль: у образцов, на основе НН наблюдается меньшее изменение размеров и массы, чем у образцов на основе НЭ. Сравнительные показатели свойств вы-соконаполненных ДНК на основе НЭ и НН и аналогичных материалов представлены в таблице 2 [5,6].

Таблица 2

Показа- тель Натур де альное рево ДСП ДПК на основе

Вдол ь во- лок- на Попе- рек во- локна ПЭ ПП

Способ получения природные прес- сова- ние экструзия

Нлотность кг/м3 450-850* 550- 800 980-1150

Разбухание по толщине за 24 часа, % 0,1- 0,3 6-12 22-33 1-3 1-2

Водопо-глощение за 24 часа, % 35-60 15-30 5-11 3-8

Биостой- кость разрушаются анаэробными бактериями ,грибком, термитами, жуками древоточцами стойки к биоразрушениям

Способность к рециклингу не перерабатываются вторично вторичная переработка возможна

Анализ этих данных показывает ряд преимуществ ДПК над конкурирующими в этом сегменте рынка материалами. ДПК стойки к биоразрушениям, что позволяет использовать их в садовой архитектуре и домостроении. Практически не разбухает и мало поглощает воду по сравнению с натуральной древесиной и ДСП. Кроме того, предлагаемый материал формоустойчив и не теряет эстетического вида при контакте с водой.

Исследования по данной работе выполнены в рамках реализации федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно - технологического комплекса России на 2007 - 2013» по теме: «Создание технологии и опытной установки комплексной переработки отходов лесной промышленности с получением теплоизоляционного материала», при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Литература

1. Сафин, Р.Г. Технологические процессы и оборудование деревообрабатывающих производств. - М.: из-во МГУЛ, 2003. - 500 с.

2. Сафин Р.Г., Сафин Р.Р. Перспективы развития лесопромышленного комплекса Республики Татарстан на базе научных разработок кафедр лесотехнического профиля КНИТУ/ Р.Г. Сафин, Р.Р. Сафин // Деревообрабатывающая промышленность.- 2012.- №3. -С. 22-27.

3. патент № 2422268 Установка для получения экструзионных древесно-стружечных плит / Р.Г. Сафин, Р.Р. Сафин, Н.Ф. Тимербаев [ и др.] Б.И. № 18 от 27.06.11.

4. патент № 2345886 Способ изготовления изделий из композиционных материалов , преимущественно арболита / Р.Р. Сафин, В.А. Лашков, Н.Ф. Тимербаев, Р.Г. Сафин, Г.И. Игнатьева. Б.И. №4 от 10.02.2009.

5.Коршун, О.А. Экологически чистые древеснонаполне-ные пластмассы / О.А. Коршун, Н.М. Романов // Строительные материалы.- 1997.-№5.-С.8-11.

I. 6. Способ изготовления материалов и изделий из экологический чистых древенонапоненных пластмасс : пат 2133255 Рос. Федерация : МПК6 С08Ь 97/02 / Бикбау М.Я. ;заявитель и патентообладатель ОАО Московский институт материаловедения и эфективных технологий . -№ 97117225/04; заявл.17.10.1997;опубл.20.07.1999. - 5с.

7. Абушенко, А. В. Древесно-полимерные композиты: слияние двух отраслей // Мебельщик. -2005. -№3. -с. 32-36.

8. Клесов А.А. Древесно-полимерные композиты- СПб., Научные основы и технологии, 2010. -736 с.

9. М.К. Герасимов, Г.И. Игнатьева, Р.Р. Мухаметзянов, И.М. Галиев, В.В. Степанов. Производство древеснополимерных композиционных материалов

экструзионным методом.//Вестник Казан. Технол. ун-та. -2012. -Т.15, №3. -С. 106-107.

10. ГОСТ 4650-80 (CT СЭВ 1692-79) Пластмассы. Методы определения водопоглощения. Взамен ГОСТ 4650-73; введ от 01.12.80.-М: ИПК изд-во стандартов,1980.-5с.

II.Хасаншин Р.Р., Лашков В.А., Сафин Р.Р., Валиев Ф.Г. Термическая обработка древесного наполнителя в производстве композиционных материалов.// Вестник Казан. технол. ун-та.-2011.-№20.-С. 150-154.

показатели для древесины приведены при влажности

12%

© Р. Г. Сафин - д-р техн. наук, проф., зав. каф. переработки древесных материалов КНИТУ, safin_rg@kstu.ru; Г. И. Игнатьева - канд. техн. наук, доц. той же кафедры, ignatieva_pdm@mail.ru; И. М. Галиев- асп. той же кафедры, galei1@mail.ru.

*

ВВ