Полная версия

Главная arrow Прочие arrow Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: Сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции, 2015, №9, (20-2) -

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

ИЗУЧЕНИЕ АДГЕЗИОННОЙ СВЯЗИ МЕЖДУ ДРЕВЕСНЫМ АРМИРУЮЩИМ ЗАПОЛНИТЕЛЕМ И ПОЛИМЕРНЫМ СВЯЗУЮЩИМ

STUDYING OF ADHESIVE COMMUNICATION BETWEEN THE WOOD REINFORCING FILLER AND THE POLYMERIC BINDING

Аксомитный A.A., аспирант ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический

университет имени Г.Ф. Морозова» г. Воронеж, Россия DOI: 10Л2737/16420

Аннотация: с помощью экспериментальных исследований установлена зависимость степени отверждения смолы ФАМ от содержания в композиционном материале древесной щепы комнатно-сухой влажности, а повышение степени отверждения объясняется адсорбирующей способностью сухой древесины, в результате чего из полимерного раствора ФАМ удаляется свободная вода, способная ингибировать реакцию полимеризации олигомера.

Summary: by means of pilot studies dependence of degree of an curing of FAM pitch on the content in composite material of wood spill of room and dry humidity is established, and increase of degree of an curing is explained by the adsorbing ability of a seasoned wood therefore from the FAM polymeric solution the free water capable to inhibit reaction of polymerization of an oligomer is removed.

Ключевые слова: композиционные материалы, древесина, шпалы, адсорбция.

Keywords: composite materials, wood, cross ties, adsorption.

В настоящее время на железных дорогах общего назначения и лесовозных, а также подъездных и трамвайных путях используются, в основном, деревянные и железобетонные шпалы.

В результате анализа работ, посвященных вопросам конструкции железнодорожного пути и его взаимодействия с подвижным составом, а также исследованиям работоспособности деревянных шпал сделан вывод о том, что основными причинами их дефицита является небольшой срок их службы из-за механического износа и гниения, особенно в узле соединения «рельс-шпала». Деревянные шпалы из высокосортного леса в возрасте 80... 100 лет фактически потеряли сырьевую базу в России из-за варварского уничтожения.

Использование железобетонных шпал в конструкциях верхнего строения пути железных дорог, хотя и решает в какой-то мере проблему дефицита железнодорожных шпал, но ведет к большим экономическим потерям, которые складываются из физико-технических и механических недостатков железобетона - большой массы, хрупкости, ограниченной коррозионной стойкости и, главное, жесткости, приводящей к разрушению ходовой части подвижного состава, появлению профессиональных заболеваний. Кроме этого, для железобетонных шпал, работающих в условиях блуждающих токов, существует опасность электрокоррозии бетона, т.к. они содержат дефицитную высокопрочную стальную арматуру, которая часто выступает из торцов шпал, снижая их диэлектричность в присутствии воды.

Наиболее серьезные работы по изготовлению шпал из композиционных материалов проводились в Австрии и Японии - это синтетические шпалы из жесткого полиуретана, армированного стекловолокном; в США и Японии - это древесностружечные шпалы, спрессованные из мелко измельченного волокнистого растительного материала и полимерного связующего, шпалы из склеенных послойно древесностружечных плит (ДСП) большой плотности и обычной ДСП. В данном случае можно сделать вывод о том, что несмотря на практически неограниченный срок службы синтетических шпал, меньшую массу по сравнению с железобетонными, применение их в России экономически не выгодно из-за дефицита полиуретана и сложности конструкции железобетонного основания. Опыт изготовления шпал из древесностружечного материала интересен тем, что в качестве вяжущего была использована смола ФАМ, но прессование увеличивает их стоимость, сомнительны технологичность узла «рельс-шпала» и водостойкость [1,2].

Краткий анализ свойств композита показал, что необходимо искать новые пути в решении проблемы его применения в РФ для железнодорожных шпал. Одним из них оказалась возможность использования в композите отходов лесной и деревообрабатывающей промышленности. Представлялось крайне актуальным применить их как для производства весьма ценного продукта - фурфурола, в процессе поликонденсации которого с ацетоном можно получить смолу (олигомер)

15

ФАМ - вяжущее вещество полимерной матрицы, так и в качестве армирующего заполнителя.

Обращаясь к литературным источникам в начале работы над созданием нового композиционного материала для шпал, мы не обнаружили публикаций о каких-либо серьезных теоретических исследованиях, подтверждающих совместимость фурановых смол и древесины, хотя косвенные сведения об этом имелись.

Нами был сделан анализ структурных схем молекул компонентов древесностекловолокнистого композиционного материала - составляющих смолы ФАМ (моно- и дифурфурилиденацетонов) и древесины (целлюлозы и лигнина), который показал возможность возникновения водородных связей по схеме ди- поль-дипольного взаимодействия и гидроксильных групп с образованием эфирных связей, что создает прочное адгезионное соединение в зоне раздела фаз и подтверждается экспериментально.

В слабощелочной среде вначале происходит образование монофурфури- лиденацетона (МФА) (рисунок 1,а) [1]: Далее процесс, в зависимости от соотношения фурфурола и ацетона, протекает при соединении к монофурфурили- денацетону другой молекулы фурфурола с образованием дифурфурилиденаце- тона (рисунок 1,6).

Образование монофурфурилиденацетона (МФА) (а) и ди- фурфурилиденацетона (ДФА) (б)

Рисунок 1 - Образование монофурфурилиденацетона (МФА) (а) и ди- фурфурилиденацетона (ДФА) (б)

Эти продукты в сильнокислой среде переходят в нерастворимую форму - полимер пространственного строения.

В технологии полимербетонов (ПБ) преимущественно применяется фурфуролацетоновый мономер ФАМ (ТУ 64-11-17-89). Преобладающим компонентом мономера ФАМ, молекулы которого во время хранения могут реагировать между собой, в результате чего происходит их частичная сшивка, и мономер переходит в смолу - олигомер, является дифурфурилиденацетон (55...60 %). Содержание монофурфурилиденацетона по данным хроматографического анализа 35...40 % соответственно. Включение воды составляет 0,3...1 %[1].

Мономер ФАМ - это однородная темно-коричневая жидкость с плотностью 1,08... 1,12 т/м3. Поскольку в ФАМ избыток фурфурола, то эта смола имеет повышенную физико-химическую стойкость и характеристики, приведенные в табл. 1.

Таблица 1 - Физико-механические характеристики смолы (олигомера)

Характеристика

Значение

характеристики

Не отвержденная смола:

Вязкость по ВЗ-1, с

о

(N

Максимальное значение экзотермического

эффекта, °С

60...70

Краевой угол смачивания (мономер-стекло), град

14...15

Отвержденная смола:

Коэффициент линейного термического расширения, 10'6, 1/°С

о

Ьо

о

Объемная усадка при отверждении, %

8...10

Предел прочности при растяжении, МПа

6...7

Модуль упругости при растяжении, МПа

0,32-104

Предельная растяжимость, %

1,67

Поскольку предварительные эксплуатационные испытания шпал из дре- весностекловолокнистого композита показали, что его матрица, представляющая собой отвержденный полимерраствор на смоле ФАМ, недостаточно защищает древесный армирующий заполнитель от набухания в результате постоянного увлажнения шпал, впервые предложено вначале пропитывать его объем гидрофо- бизирующими составами, например отработанным машинным маслом, содержащим продукты сгорания, в количестве до 30 % от массы сухого заполнителя.

Поскольку возникновение прочных адгезионных связей между смолой ФАМ и древесиной было установлено, дальнейшие исследования были направлены на разработку базового состава древесностекловолокнистого композиционного материала и получение его механических характеристик, которые удовлетворяли бы требованиям МПС РФ к железнодорожным шпалам. Такой состав был разработан и использован при отливке шпал, которые затем были впервые установлены в действующий путь Елецкого отделения Юго-Восточной железной дороги.

Список литературы

  • 1. Стородубцева, Т.Н. Композиционный материал на основе древесины для железнодорожных шпал: Трещиностойкость под действием физических факторов [Текст] : моногр. / Т.Н. Стородубцева. - Воронеж: Изд-во ВГУ, 2002- 216 с.
  • 2. Стородубцева, Т.Н. Исследование влияния свойств древесного заполнителя на трещиностойкость композиционного материала [Текст] / Т.Н. Стородубцева, А.А. Аксомитный // Лесотехнический журнал. - 2014. - Т. 4, №3(15).- С. 213-220.

УДК 674.419-32

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>