ДРЕВЕСНО-СТРУЖЕЧНАЯ ПЛИТА

Предлагаемое техническое решение относится к классу древесностружечных плит, изготавливаемых с использованием измельченной древесины и связующего путем горячего прессования.
Известна древесностружечная плита по патенту [1], в которой в качестве связующего использованы отходы производства, меласса, сгущенный кукурузный экстракт или их смеси, а также известь и крахмалсодержащие продукты. Указанная плита является экологически чистой и механически прочной.
Однако данное техническое решение является сложным. Кроме того, данное решение требует использования специфического сырья в виде кукурузного экстракта и крахмалсодержащих продуктов.
Известна многослойная древесностружечная плита по патенту [2], включающая, по крайней мере, один внутренний слой на основе древесных частиц и фенолоаминоформальдегидного связующего, и наружные слои на основе древесных частиц и аминоформальдегидного связующего, отличающаяся тем, что плита в качестве связующего для внутренних и наружных слоев содержит смесь карбамидоформальдегидной и меламиноформальдегидной или карбамидомеламиноформальдегидной смол при их соотношении 80-20:20-80% соответственно. Кроме того, плита по патенту [2] содержит гидрофобизирующую добавку, краситель и добавку, снижающую комкование частиц в количестве до 1,5% от массы плиты. Использование указанной выше смеси смол и гидрофобизирующих добавок позволяет повысить прочность плиты и уменьшить деформации плиты при увлажнении, т.е. уменьшит разбухание.
Однако данное техническое решение является сложным, поскольку требует использования смешивания двух смол в указанном выше соотношении и двух добавок.
Известна древесно-стружечная плита по патенту на полезную модель [3], содержащая два наружных слоя и внутренний слой, при этом наружные слои выполнены из мелких частиц древесины и связующего материала, причем внутренний слой содержит полистирол. Мелкие частицы древесины выполнены в виде опилок, а во внутренний слой дополнительно введены стружка и связующий материал, при этом полистирол выполнен в виде гранул размером 0,3-1,5 мм.
Однако данное техническое решение [3] требует использования гранулированного полистирола, что не улучшает свойства плиты при увлажнении и, как и в рассмотренном выше случае, усложняет технологию изготовления.
Известен защитный экран от воздействия электромагнитного излучения по патенту [4], выполненный в виде многослойного пакета, включающего изоляционные слои и слои, поглощающие электромагнитное излучение, выполненные из материала, в который включен измельченный шунгит.
Однако в указанном техническом решении [4] не предусматривается совмещение двух функций технического устройства, а именно, функции защитного экрана от воздействия электромагнитного излучения и функции ограждающей конструкции (или элемента несущей конструкции) в зданиях или сооружениях промышленного или гражданского назначения.
Технический результат от применения предлагаемого технического решения в виде теплоизоляционных древесноволокнистых плит заключается в повышении прочности плиты и в уменьшении деформаций разбухания при увлажнении. Кроме того, предусматривается совмещение двух функций технического устройства, а именно, функции защитного экрана от воздействия электромагнитного излучения и функции ограждающей конструкции (или элемента несущей конструкции) в зданиях или сооружениях промышленного или гражданского назначения.
Данный результат достигается за счет того, что все слои плиты содержат в качестве добавки нанопорошок шунгита в количестве от 0,5% до 16% от массы сухого остатка связующего, использованной в качестве связующего, причем массовая доля среднего слоя плиты составляет от 40 до 80% по отношению к массе всех слоев, а наружные слои содержат древесные частицы меньшей крупности, чем частицы среднего слоя.
Если добавка нанопорошка шунгита составит менее 0,5% от массы сухого остатка смолы, эффект от такой добавки будет пренебрежимо мал. С увеличением содержания нанопорошка прочность плиты также увеличивается. Однако при добавке нанопорошка, равной 16% от массы сухого остатка смолы увеличение прочности прекращается.
Если массовая доля среднего слоя плиты составит менее 40%, то плита по своим характеристикам приблизится к однослойной плите. Если указанная доля превысит 80%, то на каждый из наружных слоев будет приходиться 10% массы древесных частиц. Тогда толщина наружных слоев окажется достаточной для размещения только очень мелких частиц измельченной древесины. В этом случае техническая реализация плиты существенно усложнится, а влияние наружных слоев на прочность плиты уменьшится.
Наружные слои плиты содержат древесные частицы меньшей крупности по сравнению с частицами среднего слоя. Тем самым обеспечивается более высокая плотность и прочность материала наружных слоев, что необходимо для повышения прочности плиты в целом.
Технический результат, выражающийся в защите от воздействия электромагнитного излучения достигается за счет того, что все слои плиты содержат частицы нанопорошка шунгита, которые распределены по объему плиты.
Техническая реализация и функционирование древесностружечной плиты. Для изготовления плиты используется измельченная древесина в виде древесной стружки и щепы. На фиг. 1 показана плита толщиной 15,4 мм с содержанием нанопорошка шунгита 10% (указанного в приведенном выше изложении). Наружные слои 1 и 2 (фиг. 1) плиты выполнены их более мелких частиц по сравнению с внутренним слоем. Наружные и внутренний слои не имеют четко выраженных границ, отделяющих эти слои друг от друга. Частицы одного слоя частично проникают в смежный слой (но не по всей его толщине). Тем самым обеспечивается прочное соединение наружных слоей с внутренним слоем плиты, что необходимо для повышения прочности плиты.
Наружные слои 1 и 2 (фиг. 1) выполнены из более мелких частиц по сравнению с внутренним слоем 3 плиты. Как известно, при одном и том же объеме материала с уменьшением размера частиц увеличивается суммарная площадь их поверхности. Соответственно, расход клея увеличивается, что приводит после горячего прессования к увеличению прочности наружных слоев по сравнению с внутренним слоем, выполненным из более крупных частиц. Такая структура плиты увеличивает прочность плиты при изгибе, поскольку в данном случае наибольшие механические напряжения действуют в наружных слоях плиты. Добавка нанопорошка шунгита способствует дополнительному повышению прочности плиты при изгибе. Чтобы увеличить сопротивление плиты разбуханию при воздействии влаги, средний слой также выполнен с добавкой нанопорошка шугита.
Наряду с улучшением указанных выше механических характеристик предлагаемое техническое решение за счет распределенного в материале плиты частиц измельченного шунгита повышает сопротивление распространению электромагнитного излучения, обеспечивая тем самым экранирующую функцию плиты.
3
Пример технической реализации древесностружечной плиты с добавкой нанопоршка шунгита. Для изготовления опытных образцов плит использовалась стружка, приготовленная на стружечном станке из древесины хвойных пород (ель, сосна) и осины. Породный состав: массовая доля осиновой стружки равна 30%; хвойной - 70%. Плотность стружечной смеси равна 309 кг/м.
3
3
4
Расчетная плотность наружного слоя плит 850 кг/м, доля наружных слоев (по массе) 40%, содержание абсолютно сухой смолы в наружных слоях 14%. Расчетная плотность внутреннего слоя плит 700 кг/м, доля внутреннего слоя (по массе) 60%, содержание абсолютно сухой смолы во внутреннем слое равно 10% от массы абсолютно сухой смолы. Клеевой раствор для наружного и внутреннего слоев содержал 66-процентный водный раствор карбамидоформальдегидной смолы марки КФ-НФП и 20-процентный водный раствор отвердителя - хлорида аммония NHCl в количестве 1% от массы раствора смолы.
НПШ в количестве 10% от массы абсолютно сухой смолы КФ-НФП вводили в водный раствор смолы, после чего добавляли раствор отвердителя.
Фракционный состав стружечной смеси для плит определялся методом рассева и приведен в нижеследующей таблице.
Диаметр отверстий сита, мм
Массовая доля фракции стружки, %
Наружный слой
Средний слой
5,0
0,0
24,9
3,15
0,0
17,3
2,00
0,2
29,8
1,00
12,5
21,9
0,50
44,4
4,1
0,20
32,6
1,2
поддон
10,2
0,8
Более высокая плотность материала наружных слоев плиты и более высокое содержание смолы по сравнению с внутренним слоем объясняется тем, что наружные слои содержат древесные частицы меньшей крупности, чем частицы среднего слоя.
Предел прочности при изгибе определялся с использованием образцов длиной 240 мм, шириной 50 мм, толщиной 15,4 мм. Образец устанавливали на опоры в виде стальных цилиндров радиусом 15 мм, расстояние между осями которых составляло 200 мм. Через такой же цилиндр в середине пролета передавалась вертикальная нагрузка. Продольная ось образца была перпендикулярна осям опорных цилиндров и оси нагружающего цилиндра. Нагрузка на образец увеличивалась с постоянной скоростью до разрушения. Время от начала испытаний до разрушения составляло 60±20 с. Нагрузка определялась по стрелочному индикатору с точностью 1%. Значение предела прочности при изгибе вычислялось по формуле , где: F - сила, действующая на образец в момент разрушения, H; L - расстояние между опорами испытательного устройства, мм; b - ширина образца, мм; h - толщина образца, мм.
Результаты испытаний:
- предел прочности при изгибе плиты без добавки НПШ равен 14,4 МПа;
- предел прочности при изгибе плиты с добавкой НПШ в количестве 10% от массы абсолютно сухой смолы равен 18,1 МПа.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволило увеличить прочность плиты при изгибе с 14,4 МПа до 18,1 МПа.
Разбухание в воде (увеличение толщины) образцов, изготовленных без добавки НПШ составило 27,5%.
Разбухание в воде образцов, изготовленных с указанной выше добавкой НПШ составило 23,6%.
Таким образом, применение предлагаемого технического решения позволило уменьшить деформации (разбухание) плиты с 27,5% до 23,6%.
Распределенные в материале плиты частицы измельченного шунгита служат препятствием для распространения электромагнитного излучения.
Библиография
7
1. Способ изготовления плит. Патент на изобретение RU 2266816. МПК B27N 3/02, B27N 3/04. Опубликовано: 27.12.2005.
2. Многослойная древесностружечная плита. Патент на полезную модель RU 37030. МПК 7 B27N 3/00. Опубликовано: 10.04.2004.
3. Древесно-стружечная плита. Патент на полезную модель RU 114331. МПК E04C 2/10 (2006.01); B27N 3/02 (2006.01). Опубликовано: 20.03.2012.
4. Защитный экран от воздействия электромагнитного излучения и способ его изготовления. Патент на изобретение RU 2234176. МПК H01Q 17/00. Опубликовано: 10.08.2004.