Получение теплоизоляционного плитного материала на основе древесного волокна

ПОЛУЧЕНИЕ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОГО ПЛИТНОГО МАТЕРИАЛА НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСНОГО ВОЛОКНА

Ермолина А.В., Миронов П.В., Бывшее А.В.

In article described results of selection of structure of a composition for reception thermal insulation material on the basis of wood fibre. Results of tests of a material are resulted.

Рациональное использование древесины - актуальная проблема современного этапа развития науки. Кроме того, повышение требований к эко логичности материалов, которые используются при строительстве, актуализирует интерес на безопасные для человека и окружающей среды материалы на основе природных волокнистых материалов.

В нашей работе в качестве основы для получения плитного теплоизоляционного материала использовалось древесное волокно, которое было получено мокрым способом размола на дефибраторе. В экспериментах применялось волокно с влажностью 3 - 5 %.

Для изготовления теплоизоляционного материала на основании предварительных экспериментов были отобраны общедоступные связующие, оказывающие наименьшее отрицательное воздействие на человека: поливинилаце-татный клей (клей ПВА) и бутадиен-стирольный каучук.

Плитный материал изготавливался на основе следующей композиции: древесное волокно; связующее; вода; пенообразователь.

Пенообразователь в композицию вводился для получения пористой структуры материала и снижения плотности, а следовательно, теплопроводности.

Эксперименты по разработке оптимального состава проводились с использование методов математического планирования эксперимента. В качестве выходных величин определялись стандартные физико-механические показатели для теплоизоляционных материалов в соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1]: Y1 -

-5

плотность материала, р, кг/м ; У2-прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации,[а10], МПа; Y3 - предел прочности при статической изгибе, [Ощ] МПа.

Результаты факторного эксперимента с использованием бутадиен-стирольного каучука представлены на рисунке 1, поливинилацетатного клея -рисунке 2.

Оптимальная композиция теплоизоляционного материала - композиция с высокими физико-механическими показателями при минимальных значениях плотности.

Лучшая композиция при использовании бутадиен-стирольного каучука в качестве связующего характеризуется следующими показателями:

-5

- плотность, р = 100,292 кг/м ;

- прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации, [о10] = 0,019 МПа;

ттпаттатт ттг\г\ттттг»лттт тлтт ат^пт^тттт/л тт ттпптт^л Г /Т 1 - П 1 Q Q А ДП Г г»

- предел прочности при статической изгибе, [^изг] 0,139 мпа.

x1=0,0 x1=0,0

а

б

х1=0,0

0,3 0,25 § 0,2 ^ 0,15 ] 0,1 £ 0,05 0

0,2

-0,2

х3

0,6.ь 1 -0,6

в

:0Г0Д 0,6 1

х2

х1 - количество древесного волокна в композиции, г; х2 - количество воды в композиции, мл; х3 - количество связующего в композиции по сухому остатку, г.

Рисунок 1 - Результаты факторного эксперимента на основе В-3 плана на бутадиен-стирольном связующем

Х3=1,0

а

X 1 = 1. о

Х3=1.0

б

0,33 0,28 0,23 0,18 0,13 0,08 0,03 -0,02

в

Х2=1,0

х1 - количество древесного волокна в композиции, г; х2 - количество воды в композиции, мл; х3 - количество связующего в композиции по сухому остатку, г.

Рисунок 2 - Результаты факторного эксперимента на основе плана Шеффе на поливинилацетатном связующем

Лучшая композиция при использовании клея ПВА в качестве связующего характеризуется следующими показателями:

"5

- плотность, р = 81,009 кг/м ;

- прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации, [о10] = 0,015 МПа;

- предел прочности при статической изгибе, [оизг] = 0,229 МПа.

Из полученных данных следует, что композиция на бутадиен-стирольном связующем имеет большую плотность, чем композиция на поливинилацетатном клее. В соответствии с литературой [2], с возрастанием плотности материала увеличивается и его теплопроводность, кроме того, получение такого материала связано с техническими и экономическими сложностями. Поэтому для дальнейших исследований нами была выбрана композиция на ПВА - связующем.

В соответствии с ГОСТ 7076 - 99 [3] у образцов теплоизоляционного материала была определена теплопроводность при стационарном тепловом режиме. Испытания проводились прибором ИТП - МГ4, на образцах с размерами 250х250х50 мм. Величина теплопроводности для композиции с оптимальным соотношением компонентов составила 0,046±0,004 Вт/мК.

В соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1] образцы полученного теплоизоляционного материала исследовались на водо- и влагопоглощение в течение 24 ч. Результаты экспериментов представлены в таблицах 1,2.

Таблица 1 - Определение влагопоглощения

Номер образца Масса образцов в абсолютно сухом состоянии, т1, г Масса образцов после испытания, т2, г Wсорб, %

1 3,18 3,51 10,38

2 3,24 3,60 11,11

3 3,10 3,43 10,65

4 3,10 3,45 11,29

5 3,07 3,42 11,40

6 3,28 3,65 11,28

7 2,82 3,12 10,64

8 3,57 3,96 10,92

9 3,12 3,45 10,58

10 3,22 3,58 11,18

Среднее 10,94

Водопоглощение образцов теплоизоляционного материала в процентах по объему, производилось в соответствии с ГОСТ 17177 - 94 [1] по формуле

= т-щ юо,

" V 'Ре

где т1 - масса образцов в абсолютно сухом состоянии, г; т2 - масса образцов после испытания, г;

-5

V - объем образца, см ;

-5

рв - плотность воды, г/см .

Таблица 2 - Определение водопоглощения

Номер образца Размеры V, см3 тьг т2,г W0п,%

а, см Ь, см ^ см

1 5,10 5,10 4,80 124,85 6,41 47,04 32,54

2 5,00 5,10 4,80 122,40 6,31 48,00 34,06

3 5,00 5,30 5,00 132,50 6,58 49,09 32,08

4 5,20 5,00 4,70 122,20 5,93 38,48 26,64

5 5,20 5,20 4,70 127,09 6,29 49,36 33,89

6 4,90 5,10 5,00 124,95 6,24 49,18 34,37

7 4,90 5,10 4,80 119,95 6,15 48,72 35,49

8 5,10 5,10 4,80 124,85 7,10 53,31 37,01

9 5,00 5,10 4,80 122,40 6,32 48,23 34,24

10 5,10 5,10 4,80 124,85 6,40 47,95 33,28

Среднее 33,36

Так же проводились исследования микроструктуры образцов теплоизоляционного материала. Микрофотографии срезов образцов представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Микроструктура теплоизоляционного материала

Заключение: на основании проведенных исследований был получен теплоизоляционный материал, соответствующий ГОСТУ 16381-77 [4] и не уступающий по своим показателям существующим аналогам: «Софтборд» [5] и минеральная вата [6].

Литература

1 ГОСТ 17177 - 94. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Методы испытаний. - Взамен ГОСТ 17177 - 87; введ. 01.04.1996. - М.: Изд-во стандартов, 1996. - 40 с.

2 Гнип, И.Я. Теплофизические свойства эковаты [Текст] / И.Я. Гнип, В.И. Кершулис, С.А. Веялис // Строительные материалы. - 2000. - №11. - с. 25 - 27.

3 ГОСТ 7076 - 99. Материала и изделия строительные. Методы определения теплопроводности и термического сопротивления при стационарном тепловом режиме. - Взамен ГОСТ 7076 - 87; введ. 01.04.2000. - М.: Изд-во стандартов, 2000. - 13 с.

4 ГОСТ 16381-77. Материалы и изделия строительные теплоизоляционные. Классификация и общие технические требования. - Взамен ГОСТ 16381 - 70; введ. с 30.12.76. - М.: Изд-во стандартов, 1979. - 4 с.

5 Бирюков, В.И. Древесноволокнистая плита «Софтборд» - многофункциональный изоляционный материал для домостроения [Текст] / В. И. Бирюков [и др.] // Деревообрабатывающая промышленность. - 2008. - №2. - с. 2 - 4.

6 ГОСТ 4640-93. Вата минеральная. Технические условия. - Взамен ГОСТ 4640 - 84; введ. с 01.01.1995. - М.: Изд-во стандартов, 1995. - 12 с.