Аспирант Чернышев Д.О.

Уральский государственный лесотехнический университет, Россия

ИННОВАЦИОННЫЕ КомпозиционнЫЕ материалЫ

«ds» и «ds-1»

Одним из приоритетных направлений развития лесопромышленного комплекса является использование отходов деревообработки и малоценной древесины.

В условиях углубления экономических реформ и рыночных взаимоотношений необходимо находить наиболее простые, но эффективные способы производства материалов, используя более дешевое сырье для получения качественной продукции, приносящей большую прибыль. Продукция от переработки древесины является конкурентоспособной, высокорентабельной и приносит положительные финансовые результаты, что обеспечивает выход ее на российские и зарубежные рынки. Решить эту задачу призваны древесные композиционные материалы.

Композиты на основе древесины – это материалы, состоящие из древесины или ее частиц, связующего и одного или нескольких компонентов (полимера, минерала и др.). Одним из наиболее эффективных и рациональных направлений по переработке древесных отходов и низкосортной древесины во всем мире является производство древесных плит.

В настоящее время производство древесных плит постоянно увеличивается. Наибольшими темпами развивается производство древесноволокнистых плит средней плотности (МДФ) и древесных плит из ориентированной крупноразмерной стружки (OSB). Динамика производства древесных плит в России приведена в таблице 1.

Таблица 1 - Производство древесных плит в России

Название материала	Единица измерения	2009г	2010г	2011г
ДСтП	м³	4,5млн	6,3млн	8,0млн
ДВП	м³	336179	350000	395000
МДФ	м³	981546	1,1млн	1,3млн

Свердловская область имеет большое количество низкосортной древесины, непригодной для производства пиломатериалов, фанеры, столярно-строительных и других изделий, но ее можно использовать для изготовления древесных плит. Объемы такой низкокачественной (преимущественно лиственной) древесины, лесосечных отходов, тонкомерной древесины и отходов деревообработки достаточны для интенсивного развития производства древесных плит с целью обеспечения внутреннего рынка и создания экспортно-ориентированной подотрасли.

Одним из основных направлений развития производства древесностружечных плит можно выделить повышение физико-механических характеристик, снижение токсичности, вторичная переработка сырья, применение высокопроизводительного оборудования, а также производство плит специального назначения.

К слагаемым повышения физико-механических характеристик древесностружечных плит следует отнести сохранение качества древесины в частицах при их получении, изменение свойств отверждающегося связующего и если в составе плиты есть дополнительные компоненты, то от свойств этих компонентов.

Одним из предметов находящихся на особом внимании исследователей является вопрос снижения токсичности древесностружечных плит на основе карбамидоформальдегидных смол. Рассматриваются пути снижения токсичности древесностружечных плит строительного назначения за счет специальных отвердителей. Предметом многих патентов и заявок являются режимы синтеза смол и добавка различных модификаторов при синтезе, а также замена связующего на менее токсичное вещество.

Рассматривается возможность использования древесины в ее различных модификациях, как конструкционной основы, для создания композиционных материалов со специфическими свойствами, в том числе и для защиты от разного рода излучений.

В данной статье описываются разработанные композиционные материалы на основе отходов древесины - «DS» и его модификации «DS-1», обладающей защитными свойствами от разного рода излучений.

Для получения инновационных композиционных материалов была проведена следующая работа: разработка технологии изготовления; поиск путей снижения токсичности материала; испытание лабораторных образцов для определения основных физико-механических, защитных и других свойств; предварительная оценка целесообразности изготовления и применения полученных материалов.

В процессе работы были получены материалы «DS» и «DS-1». Разработан их состав (процентное соотношение компонентов), подобрана ориентировочная технология производства данных материалов, выполнены поисковые работы в области снижения токсичности материала за счет значительного сокращения доли свободного формальдегида, проведены испытания лабораторных образцов для определения основных физико-механических и защитных свойств. Физико-механические показатели плит на основе композиционного материала не уступают свойствам существующих древесностружечных плит (таблица 2).

Таблица 2 – Физико-механические свойства

п/п	Показатель	ДСтП	МДФ	Плитотрен	DS	DS-1
1	Токсичность, E (эмиссия свободного формальдегида)	E2 (10-16мг /100г)	E1 (5-10мг /100г)	E2 (10-16мг /100г)	E0 (до 5мг /100г)	E0 (до 5мг /100г)
2	Плотность, кг/ м^3	500-1000	720-1000	1200-2000	1000	1200
3	Влажность, %	5-12	3-10	6	2-3	2-3
4	Предел прочности при статическом изгибе, МПа, не менее для толщин от 10 до 14 включительно	10-25	17-23	16	20-30	17-19
5	Модуль упругости, МПа	1700-4000	-	-	-	-
6	Предел прочности при растяжении, МПа	0,2-0,5	0,5-0,6	-	-	-
7	Твердость, МПа	20-40	-	-	55-70	70-80
8	Ударная вязкость, Дж/ м^2	4000-8000	-	-	20000-40000	20000-50000
9	Водопоглощение, %	-	-	-	45-50	25-35
10	Разбухание, %	5-30	8-20	20	15-25	8-13
11	Средний свинцовый эквивалент (Pb), мм	0,0	0,0	0,3-0,9	0,0	0,3-0,9

Из данных таблицы видно, что полученные композиционные материалы «DS» и «DS-1» (рисунок 1) обладают высокими показателями, которые превосходят характеристики уже существующих плит, в частности:

- выше показатели всех физико-механических свойств;

- полученные материалы практические не токсичны;

- наилучшая теплоизоляция;

- наиболее высокая огнестойкость;

- «DS-1» защищает от излучений разных видов (например, Y излучение, рентгеновское излучение, электромагнитное излучение и др.).

Рисунок 1 – Материалы «DS» и «DS-1»

Композиционный материал «DS-1», аналог древесностружечных плит, обладающий высокими защитными свойствами от рентгеновского излучения. Результаты оценки защитных свойств полученного материала выполнены при жестком (пучковом) излучении и дают положительные результаты. Материал рекомендуется применять при оборудовании рентгеновских кабинетов, для обшивки стен, пола, потолков, изготовления ширм, дверных блоков и др.

Применяемые в настоящее время материалы либо имеют в своем составе экологически вредный свинец и его соединения, либо имеют в качестве наполнителя дорогостоящие технологические и защитные добавки, либо для их изготовления используется токсичная смола.

Материал «DS» также является аналогом древесностружечной плиты, но имеющий наилучшие показатели. Для снижения токсичности плит было использовано новое связующее со значительным сокращением доли свободного формальдегида, одновременно с высокими показателями по технической характеристике. Производство плит с применением нового связующего компонента менее затратно, чем производство существующих плит.

Полученные материалы можно облицовывать бумажно-смоляными пленками, бумажно-слоистыми пластиками, натуральным шпоном и производить отделку разнообразными лакокрасочными материалами, тем самым, улучшая их внешний вид.

В процессе создания новых материалов «DS» и «DS-1» была разработана ориентировочная технология производства этих композиционных материалов, которая принципиально не отличается от технологии производства древесностружечных плит, а также дана предварительная оценка целесообразности изготовления и применения полученных материалов. Разработанные композиционные материалы могут применяться в разных областях.

Предлагаемая продукция, представленная в виде плит, составит конкуренцию существующим строительным материалам.

Применение низкотоксичного связующего позволит создать экологически чистое, безвредное производство и продукцию способную удовлетворить самым жестким санитарно-экологическим нормам по содержанию свободного формальдегида, что на сегодняшний день является приоритетным направлением в производстве древесных плит.

Оценивая научно-технический уровень выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в данной области, можно констатировать, что разработанный композиционный материал на основе древесины, согласно патентным исследованиям, не имеет аналогов в мире.

Внедрение перспективных композитных материалов «DS» и «DS-1» поможет решить не только проблему комплексного использования древесного сырья, но и ряд других, в том числе экономических, экологических и энергосберегающих проблем.

Литература:

1. Долацис Я.А. Радиационно-химическое модифицирование древесины, Рига: Зинатне, 1985. – 218с.

2. Мэттьюз Ф., Ролинге Р. Композиционные материалы. Механика и технология, М.: Техносфера, 2004. – 408с.

3. Ветошкин Ю.И., Яцун И.В., Чернышев О.Н. Конструкции и эксплуатационно-технологические особенности композиционных рентгенозащитных материалов на основе древесины: моногр. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун - т, 2009. – 148с.