Технологическое воздействие на древесный заполнитель в композиционном материале

Издревле человечество использовало дерево для строительства жилья и в качестве топлива, изготавливало орудия труда и различные поделки. По современным прогнозам европейских ученых древесина и в XXI веке станет самым востребованным экологически чистым материалом при строительстве жилья, изготовлении различных предметов как декоративного, так и утилитарного назначения. На рис. 72 приведена диаграмма, отражающая процентное соотношение основных древесных пород в России [88].

Целью настоящей работы является решение проблемы улучшения свойств композиционных материалов путем технологического воздействия на заполнитель из древесины.

Диаграмма соотношения основных древесных пород России, %

Рис. 72. Диаграмма соотношения основных древесных пород России, %

Среди полимеров, нашедших широкое применение в различных областях жизнедеятельности человека, важное место занимает целлюлоза, как постоянно возобновляемый в природе полимер, и ее производные. Целлюлоза, обладая комплексом ценных свойств, имеет и сравнительно низкую себестоимость.

За последние десятилетия появилась большая группа материалов, при получении которых были реализованы различные подходы модификации целлюлозы: термические превращения, синтез привитых сополимеров, образование пространственной структуры. Все это позволило создать углеродные и другие сорбционно-активные материалы, материалы медицинского назначения с пролонгированным эффектом действия лекарственных препаратов, волокна- биокатализаторы, содержащие иммобилизованные ферменты, повысить эластические характеристики текстильных материалов из целлюлозных волокон [89].

Композиты - многокомпонентные материалы, состоящие, как правило, из пластичной основы (матрицы), армированной наполнителями, обладающими высокой прочностью, жесткостью и т. д.

Сочетание разнородных веществ приводит к созданию нового материала, свойства которого количественно и качественно отличаются от свойств каждого из его составляющих. Варьируя состав матрицы и наполнителя, их соотношение, ориентацию наполнителя, получают широкий спектр материалов с требуемым набором свойств.

По структуре композиты делятся на несколько основных классов: волокнистые, слоистые, дисперсноупрочненные, упрочненные частицами и нанокомпозиты [88].

Нанокомпозиты (англ. Ыапосотрозке) можно определить, как многофазные твердые материалы, где хотя бы одна из фаз имеет средний размер кристаллитов (зерен) в нанодиапазоне (до 100 нм), или структуры, имеющие повторяющиеся наноразмерные промежутки между различными фазами. Эти структуры составляют композит.

Промышленная технология глубокой переработки древесины на основе нанотехнологий позволяет выпускать новую продукцию - клеёные деревянные конструкции (КДК) из нанокомпозита древесины с уникальными свойствами не присущими древесине в природе [90].

Так при максимальной степени обработки древесины различными комплексными составами, нанокомпозит приобретает новые свойства:

  • - 1-ю категорию огнезащиты, что соответствует потере массы вещества порядка 1,5...3 % при выносе обработанного образца из открытого пламени после 120 минут его нахождения в огне;
  • - высший класс грибостойкости, который характеризуется длительным, или практически полным отсутствием воздействия биологически активных микроорганизмов на тело древесины;
  • - гидрофобность.

Древесина из гидрофильного материала становится гидрофобным, характеризуется полным отсутствием впитывания влаги телом древесины, что в свою очередь приводит к отсутствию разбухания и изменения геометрических размеров материала, вследствие чего не происходит трещинообразования, при этом тело древесины становится совершенно стабильным по геометрическим размерам во время и после воздействия влаги или влажного воздуха;

  • - увеличение плотности от 10 до 35 % за счёт внесённой в микро и макро поры дополнительной массы (нерастворимая часть) пропиточного раствора;
  • - увеличение прочности от 5 до 15 %, за счёт усиления стенок микро и макро пор;
  • - увеличенный в 2 раза срок службы. Изделия из нанодревесины за счёт совокупности новых приобретённых свойств, таких как огнестойкость, грибостой- кость, гидрофобность, увеличенные плотность и прочность суммарно дают общий эффект увеличения срока службы изделий более чем в 2 раза.

При нанообработке древесины выполняются три основных технологические операции:

  • - сушка;
  • - пропитка;
  • - нанообработка.

Термин «древесно-полимерный композит» означает материал, содержащий древесную составляющую - как наполнитель или армирующий элемент - и полимерное связующее (матрицу). Интерес к древесно-полимерным композитам в настоящее время стимулируется еще и ростом цен на массивную древесину, а также стремительным удорожанием нефтепродуктов, и, как следствие, производимых из них полимеров. В производстве композиционных материалов применимо дешевое сырье: древесные и другие целлюлозосодержащие отходы в качестве наполнителя, а для матрицы - пластиковые отходы. Сейчас в мире насчитывается, по разным оценкам, сто - сто пятьдесят производителей ДПКТ (древесно-полимерные композиты на термопластичном связующем). Производство ДПКТ позволяет из вездесущих пластиковых отходов и дешевых видов древесины получать полезный продукт.

Рассмотрим вариант создания композиционных материалов - дискретные мелкие частицы древесины совместно с отходами полиэтилена. Если в качестве матрицы использовать полимер, а в качестве наполнителя мелкие древесные отходы, то возможно создание изделий сложной конфигурации в пресс-формах, которые могут найти многочисленное использование в строительстве, производстве мебели и в быту, а также в машиностроении.

На рис. 73 представлены технологические операции получения композитов на основе измельченной древесины, отходов полиэтилентерефталата (ПЭТФ) и введения модификаторов.

Структура перечисленных операций в зависимости от получаемого изделия может сильно отличаться друг от друга.

Такая технология известна в Швеции, Японии, Польше, Италии и других странах. Рассмотренный технологический процесс будет отличаться параметрами его проведения в зависимости от региона использования [91].

Подводя итог изучению процесса создания композиционных материалов на основе отходов промышленности, в т.ч. лесного комплекса, а также нанокомпозита древесины с целью получения нового продукта, по своим характеристикам превосходящего исходный (нанотехнология обработки древесины), мы пришли к выводу о возможности использования нанодревесины в изделиях специального назначения. К ним относятся строительные блоки, плиты ж/д переездов, подъездные пути, шпалы и т. п.

Технологические операции получения композита

Рис. 73. Технологические операции получения композита

Его внедрение должно помочь сохранить лес, использовать огромное количество отходов лесного комплекса и деревообрабатывающих производств, улучшить экологическую обстановку. Также мы работаем над защитой древесины, как одного из компонентов композиционного материала, применяя для ее обработки составы на основе низкомолекулярного полиэтилена. Результаты наших предыдущих исследований [92] показали, что древесина, обработанная защитными составами, намного лучше защищена от воздействия на нее воды. В настоящее время продолжаются экспериментальные исследования над новыми составами в плане защиты древесины от агрессивных сред путем обработки измельченной древесины разных фрационных составов, стружки, опилок, кусковых отходов средствами на основе отходов полиэтилентерефталата, метилметакрилата и др. модификаторами.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >