Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

Древесные композиционные материалы – это материалы, полученные в результате соединения различных видов сырья. Основным компонентом древесного композиционного материала является древесина. Количество древесных отходов, а также вид связующего компонента определяют основные характеристики композиционного материала [1, 2].

В настоящее время для увеличения адгезионных свойств полимеров наиболее распространенными являются промоутеры адгезии (Dynasylan AMEO; Dynasylan GLYMO; Dynasylan MEMO; Dynasylan 2776; Пента-62И и др.), по химической природе –органофункциональные силаны. Они в течение длительного времени находят применение в качестве промоутеров адгезии для лакокрасочных систем. Важным преимуществом применения этих продуктов является обеспечение прочной химической связи между пленкой ЛКМ и неорганической подложкой (стекло, металл, цемент и пр.). Помимо основной функции промоутеров адгезии – улучшения фиксации покрытия к подложке (особенно важно для крепления полимеров к металлу, стеклу или дереву для наружного покрытия), данные добавки обладают рядом других качеств для самой системы: улучшают дисперсию наполнителя; увеличивают содержания наполнителя; улучшают механические свойства; увеличивают влагостойкость [5, 6].

Для получения связующего для склеивания отходов древесины исследованы несколько известных марок метилметакрилатов (Дегарут-465, Дегамент-850, Домакрил-26, Дегадур-625). Указанные марки выбраны по основным физико-механическим и технологическим свойствам, а именно: прочность на сжатие, прочность на растяжение при изгибе; вязкость; время полимеризации. При исследовании указанных полимеров установлено, что лучшими характеристиками обладает метилметакрилат марки Дегарут-465, но использование этой смолы в качестве связующего во-первых экономически нецелесообразно, во-вторых, прочность на растяжение при изгибе без наполнителя  – низкая.   

С целью увеличения прочностных свойств вяжущего для склеивания отходов древесины были исследованы известные наполнители: песок фракции 100-200 мкм;  мраморный кальцит  со средним размером частиц 2; 5; 20; 40; 60 мкм; бентонит, каолин, а также отходы производства микростеклошариков для горизонтальной разметки дорог - мультициклон средний размер частиц не более 10 мкм и циклоциклон со средним размером частиц  около 50 мкм. Из всех перечисленных наполнителей лучшим является циклоциклон, во-первых, это дробленное оконное стекло, т.е. экологически чистый материал, во-вторых, ЦЦ при производстве имеет большие объемы, в третьих обладает низкой маслоемкостью, что в свою очередь можно его вводить в метилметакрилат в большом процентном соотношении. Недостатком является низкая адгезия к метилметакрилатам.   

Для увеличения адгезионных свойств метилметакрилата были исследованы выше перечисленные промоутеры. В результате экспериментальных исследований было установлено, что для ЦЦ лучше всего использовать промоутер МЕМО (см. таблицу 1, рисунок 1 – расстояние между опорами – 10 см, ширина образца – 4 см,  высота образца – 4 см). Но МЕМО в чистом виде использовать экономически нецелесообразно, поэтому готовился водный раствор (аппрет), состоящий из МЕМО (концентрат) - от 300 до 600 гр.; уксусная 50 % кислота - 150 гр., и силоксан марки Пента-804. Все эти ингредиенты перемешивались на магнитной мешалке в дистиллированной воде из расчета на 30 литров. В лабораторных условиях изготавливался аппрет на 1 литр дистиллированной воды.

Таблица 1

Сравнительная характеристика прочностных показателей различных промоутеров

Промоутеры адгезии	Прочность на растяжение при изгибе, кгс/см2	Нагрузка, кг	Показание манометра,
AMEO	109,2	466,0	34,7
AMMO	86,6	369,3	27,5
2776	72,7	310,2	23,1
MEMO	144,2	615,1	45,8
Пента -62И	0,0	0,0
Образец без аппрета	43,8	186,7	13,9
Образец  на песке	95,1	405,6	30,2
Образец контрольный на мытом песке фр. 100-200 мкм	118,4	505,0	37,6

 

.

Рис. 1. Испытание образцов на растяжение при изгибе

Силоксан марки Пента-804 вводился в состав аппрета с целью исключения слипания ЦЦ после обработки и его сушки. Без обработки и сушки ЦЦ в естественных условиях происходит слипание частиц и без механического его дробления невозможно его введение в метилметакрилат, к тому же после механического дробления происходит снижение прочностных характеристик связующего [3].

Ингредиенты для получения аппретирующего состава, как было сказано раньше, приготавливались в стеклянном термостакане при температуре около 80 оС в течение нескольких минут до получения однородной прозрачной жидкости. После приготовления аппрета он вводился в сухой порошок ЦЦ из расчета 4 – 6 кг/т и смесь тщательно перемешивалась до полного смачивания всего объема (поскольку ЦЦ имеет практически нулевую маслоемкость, поэтому этого количества вполне хватает на 1 тонну). В лабораторных условиях эксперимент проводился из расчета 3 кг ЦЦ и 5-15 мл аппрета. Как видно из графика (рисунок 2), наиболее высокие показатели связующего при приготовлении аппретирующего состава, в состав которого входит МЕМО на 30 литров дистиллированной воды.

Рис. 2. Зависимость прочности на растяжение при изгибе образцов от количества

аппрета (МЕМО)

В результате экспериментальных исследований было установлено, что максимальная прочность на растяжение при изгибе связующего на основе метилметакрилата была  получена при использовании аппрета на основе силана марки МЕМО на 30 литров воды и несколько килограммов аппрета на 1000 кг  ЦЦ. Прочность образцов на растяжение при изгибе составляет около 30 МПа (испытания проводили на испытательной машине TROMMELBERG).

Состав связующего следующий: метилметакрилат (Дегарут-465) – 29 %; стеклянный порошок (ср. размер частиц около 50 мкм) ЦЦ предварительно обработанный аппретирующим составом – 69,5 %; отвердитель (бензоилпероксид – сухой порошок) – 1,5 %. Физико-механические и технологические показатели: прочность на растяжение при изгибе  - 30 МПа; водопоглащение – 0,01 %; адгезия к стеклу 21 МПа; температура применения от минус 20 до плюс 35 0С; вязкость, сек, по ВЗ-246 с диаметром отверстия – 4 мм – 250 сек; жизнеспособность – 20 минут; время полимеризации до набора 75 % прочности на растяжение при изгибе 60 минут; время полной полимеризации 12 часов.

Для получения композиционного материала из отходов древесины необходимо предварительно обработать отходы тем же аппретирующим составом из расчета 100-150 г/кв. м поверхности древесины и высушить до естественной влажности. Затем подготовить связующее, уложить слой древесины в форму, с условием, чтобы связующее заполнило все полости древесины [4, 5]. Технология приготовления древесных конструкционных материалов различной высоты производится послойно.

Таблица 2

Исследование прочностных характеристик промоутера МЕМО в качестве аппрета

от его количества

 

Анализируя проведенные экспериментальные исследования (таблица 2) можно сделать выводы, что максимальные значения прочности образцов на растяжение при изгибе, состоящих из метилметакрилата и циклоциклона были получены при аппретировании порошка стекла следующим составом: промоутер адгезии марки МЕМО – 500 г; гидрофобный аппрет марки Пента-804 – 150 г; уксусная 50 % кислота – 50 г; дистиллированная вода – 30 литров.

Параллельно качественному составу аппрета исследовался его расход на единицу ЦЦ. Установлено, что при смачивании ЦЦ аппретом с расходом 5 кг/т, (таблица 3) были получены максимальные значения прочностных характеристик вяжущего для отходов древесины – около 30 МПа.

Таблица 3

Максимальные значения прочностных характеристик вяжущего для отходов древесины

№ образца	Прочность на растяжение при изгибе, кгс/см2	Нагрузка, кг	Показание  манометра
MEMO  3 кг/т	197,6	907,9	67,6
MEMO  4 кг/т	213,2	979,7	72,95
MEMO  5 кг/т	281,2	1292,0	96,2
MEMO  6 кг/т	232,7	1069,0	79,6

Рецензенты:

Афоничев Д.Н., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I», г. Воронеж;

Кондрашова Е.В., д.т.н., доцент, профессор кафедры технического сервиса и технологии машиностроения ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени Императора Петра I», доктор технических наук, г. Воронеж.