Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

РАЗРАБОТКА СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ

Стородубцева Т.Н. 1 Аксомитный А.А. 1
1 ФГБОУ ВО «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г. Ф. Морозова»
Проведен анализ исследования зависимостей прочности на растяжение при изгибе, состава аппрета и его количества, условной когезионной прочности от вида, количества отвердителя, а также используемых смол с целью правильного выбора главных показателей связующего древесного композиционного материала - адгезионной прочности к отходам древесины, при условии, когда когезионная прочность будет больше или равной адгезионной. Исследованы различные виды промоутеров, определена адгезионная прочность вяжущего материала к древесине с учетом относительной влажности, прочностные характеристики древесины соответствовали требованиям ГОСТ на древесину, применяемую в строительстве. С целью увеличения прочностных свойств вяжущего для склеивания отходов древесины были исследованы известные наполнители: песок; мраморный кальцит; бентонит, каолин, а также отходы производства микростеклошариков.
композиционный материал.
прочность
адгезия
древесина
связующее
1. ГОСТ 15813-72. Древесина клееная слоистая. Технология производства.
2. Куликов В.А. Технология клееных материалов и плит / В.А. Куликов, А.Б. Чубов. – М.: Лесн. пром-сть, 1984. – 344 с.
3. Стородубцева Т.Н. Особенности математического моделирования древесного полимер-песчаного композита / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный // Лесотехнический журнал. М.: ИНФРА-М. V. 4. I. 4. C. 130-139. DOI: 10.12737/8462.
4. Стородубцева Т.Н. Увеличение роста эффективности производства изделий с использованием древесных композитов / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 8, ч. 7. – С. 1550-1554.
5. Стородубцева Т. Н. Принципы обеспечения совместимости древесного заполнителя и полимера в композите / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2014. – № 12, ч. 1. – С. 41-46.
6. Стородубцева Т. Н. Результаты исследования прочностных характеристик древесных композиционных материалов: деп. рукопись / Т. Н. Стородубцева, А. А. Аксомитный; М-во образования и науки Рос. Федерации, Фед. гос. бюджет. образоват. учреждение высш. проф. образования "Воронеж. гос. лесотехн. акад.". – Воронеж, 2014. - 33 с. Деп. в ВИНИТИ 22.10.2014, № 286-В2014.
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

Количество МЕМО в гр, для приготовления 30  литров

аппретирующего состава

Прочность на растяжение при изгибе, кгс/кв.см

Нагрузка, кг

 Р

Показание

манометра

1

2

3

4

300

213,1

909,2

67,7

300

215,6

920,0

68,5

300

218,1

930,7

69,3

Среднее арифметическое

значение прочности, МПа

215,6

400

232,9

993,8

74

400

229,8

980,4

73

400

226,0

964,3

71,8

Среднее арифметическое

значение прочности, МПа

229,6

500

298,1

1271,8

94,7

500

300,3

1281,2

95,4

500

302,8

1292,0

96,2

Окончание табл. 2

1

2

3

4

Среднее арифметическое

значение прочности, МПа

300,4

600

251,8

1074,4

80

600

309,1

1318,8

98,2

600

191,7

817,9

60,9

Среднее арифметическое

значение прочности, МПа

250,9

-

-

 

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.



Библиографическая ссылка

Стородубцева Т.Н., Аксомитный А.А. РАЗРАБОТКА СВЯЗУЮЩЕГО ДЛЯ СКЛЕИВАНИЯ ДРЕВЕСИНЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=20965 (дата обращения: 19.09.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074