Технология теплоизоляционного материала на основе измельченной древесины

индустриального домостроения на период до 2020 г. и дальнейшую перспективу до 2030 г.

ОСНОВНЫЕ ЗАДАЧИ

Развитие жилищного строительства
Создание эффективных материалов за счет вовлечения в производство отходов местной промышленности
К 2030 году производство деревянных домокомплектов в России составит 13,6 млн. кв. м

Повышение эффективности использования потенциала древесных ресурсов
Внедрение новых технологий и инновационных решений в области переработки древесины

2

Энергетическая стратегия России
на период до 2030 года

«О выбросах парниковых газов»
№296-ФЗ от 02.07.2021

Стратегия развития промышленности по обработке, утилизации и обезвреживанию отходов производства и потребления на период до 2030 г.

Стратегия развития лесного комплекса Российской Федерации до 2030 года

стружки-отходов деревообрабатывающих производств и обоснование технологии его изготовления

Задачи:
- обосновать структуру и целесообразность использования в составе композиционного материала стружки-отходов деревообрабатывающих производств;
- определить размерно-качественные характеристики древесной стружки, получаемой на деревообрабатывающих станках;
- установить взаимосвязь структуры и свойств получаемого композита;
- разработать математико-статистические модели, описывающие влияния технологических режимов производства на эксплуатационные показатели теплоизоляционного композита;
- разработать рекомендации по производству теплоизоляционных композитов для различных объемов древесных ресурсов и экономически обосновать целесообразность организации их серийного производства в условиях действующего предприятия

3

матрицы

Требования по теплопроводности

Требования по прочности

Получение композита

Управление процессом структурообразования

Рецептура и технологические режимы получения теплоизоляционного композита

6

плоского прессования (аналог ДСтП); б – тепловой поток в композите, полученном формованием (аналог арболита)

7

+ 0,1425

Кх= 1 + 1,2 cos φi

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

где λн - коэффициент теплопроводности, Вт/ (м·К) в направлении поперек волокон при плотности древесины ρн = 500 кг/м3;
Кρ , Кх – коэффициенты, учитывающие плотность частиц древесины и их расположение по отношению к тепловому потоку.
W, Т – соответственно влажность, % и температура древесины, 0С;
ρ – плотность древесины, г/см3.

8

площадь сечения соответственно всего композита, древесного наполнителя, связующего и воздуха, м2; Rк, Rдр, Rс , Rв – термическое сопротивление соответственно композита, древесного наполнителя, связующего и воздуха, м2·К/Вт. Vк, Vдр, Vс, Vв – объем соответственно всего композита, древесного наполнителя, связующего и воздуха, м3; λк, λдр, λс, λн – коэффициент теплопроводности композита, древесного наполнителя, связующего и воздуха.

(9)

 

(10)

λ1– коэффициент теплопроводности непрерывной (большей по объему) фазы, Вт/(м·К); λ2 – коэффициент теплопроводности диспергируемой фазы, Вт/(м·К); n– массовая доля диспергируемой фазы, n≤0,4.
λ, λсв, λ1, λ2 – коэффициенты теплопроводности композита, связующего, первого и второго наполнителя соответственно, Вт/(м·К); Vсв, V1, V2 – объемные доли связующего, первого и второго наполнителя.

9

и карбамидоформальдегидного связующего

У = 1,231 +0,552Х1 – 0,075Х2 –0,824Х3 – 0,586Х21 + 0,144Х22+ (13)
+0,352Х23–0,210 Х1Х2 – 0,552Х1Х3.

Ϭи = -35,72+0,21 ρ –13,34 τ+10,26D–0,0002 ρ 2+57,6 τ2+ (14)
+7,98D2–0,084 ρ τ–0,05рD

17

прочности композита при статическом изгибе, МПа от удельной продолжительности прессования (Х2)

Зависимость прочности композита при статическом изгибе, МПа от доли опилок (Х3)

18

Зависимость прочности композита на КФС

от удельной
продолжительности прессования (Х2)

Исследование разбухания композита по толщине

У = 5,815 + 0,112 Х1 -0,193Х2 -0,380Х12 -0,655Х22 -0,180Х1Х2 . (15)

Рh= –0 ,000152p2–65,5τ2+0,12664p+76,17τ–0,036pτ–35,299 (16)

20

композита

21

интервалы варьирования факторов

Y1 = 0,611 +0,519Х1 − 0,03Х2 + 0,205Х3 + 0,11Х21 + 0,269Х22 −
– 0,067Х2Х3 + 0,074 Х1Х.3; (17)
Ϭи = 4,216−0,117∙М−0,0768∙Оп−0,0313∙Б+0,001∙М2+
+0,0012∙Оп2−0,00089∙Оп∙Б+0,00148∙М∙Б; (18)
Y2 = 1,221+1,075Х1 − 0,095Х2 + 0,231Х3 + 0,495Х21 –
− 0,219Х1Х2 + 0,306 Х1Х3 ; (19)
Ϭсж = 18,419−0,5956∙М+0,0959∙Оп−0,3822∙Б+0,00495∙М2−
−0,00146∙М∙Оп+0,00612∙М∙Б; (20)

23

от доли мелкой фракции

Зависимости прочности при изгибе

24

доли мелкой фракции

в- от концентрации раствора бишофита

Коэффициент теплопроводности композита на минеральном вяжущем

25

отходов, включая стружку от деревообрабатывающих станков, установлены взаимосвязи между компонентным составом и эксплуатационными свойствами, параметрами режимов обработки.
2. В соответствии с физической картиной процесса разработаны структурные и математические модели теплопроводности, основанные на фундаментальных законах тепло-массопереноса в материалах с неоднородной структурой, а также представлениях об анизотропии древесных частиц.
3. Получены основные статистические оценки распределения геометрических параметров стружки, позволяющие в дальнейшем моделировать структуру и процесс теплопередачи в композитах с учетом размерно-качественных параметров наполнителя.
4. Доказана возможность применения на этапе проектирования составов новых композиционных материалов теоретических положений обобщенной теории проводимости, используемой для расчета двух- и трехкомпонентных смесей, т. е. дисперсных систем, применительно к расчету коэффициента теплопроводности композитов на основе измельченной древесины и матрицы в виде синтетических смол или минеральных вяжущих.

29

наполнителя и виду матрицы, разработаны математические модели влияния доли мелкой фракции в составе измельченной древесины на прочностные свойства композита и его теплопроводность. Полученные математические модели в виде уравнений регрессии показывают, что меньшее влияние на прочность композита на основе синтетических смол оказывает удельная продолжительность прессования, чем плотность. При изменении плотности на 50 кг/м3 прочность теплоизоляционного композита меняется на 0,55 МПа, при изменении удельной продолжительности прессования на 0,05 мин/мм прочность композита меняется на 0,07 МПа, при изменении доли опилок на 0,2 прочность меняется на 0,82 МПа. При уменьшении доли добавки опилок разбухание по толщине уменьшается: при плотности композита без добавки опилочной фракции 300 кг/м3 и удельной продолжительности прессования 0,4 мин/мм средняя величина разбухания по толщине составила 6,96 МПа, что положительно характеризует новый материал.
6. Определены фактические значения коэффициента теплопроводности для трех видов композиционных материалов, при этом наилучшие теплоизоляционные свойства имеют композиционные материалы плотностью 300 кг/м3 на карбамидоформальдегидном связующем (λ=0,087 Вт/(м·К) и фенолформальдегидном связующем (λ=0,089 Вт/(м·К), прочность при изгибе которых удовлетворяет требованиям, предъявляемым к теплоизоляционным материалам.

30

строгальных станков с добавкой стружки от центробежных стружечных станков в количеств от 5 до 40 % повышается плотность, прочность и теплопроводность образцов. Прочность композиционного материала увеличивается в среднем на 0,13 МПа на каждые 10 % увеличения доли добавки стружки от центробежных станков. При этом теплоизоляционный композит на комбинированном наполнителе довольно активно впитывает воду, в связи с чем рекомендуется использовать добавку стружки от центробежных стружечных станков к стружке-отходам не более 30 %.
8. Для получения конструкционно-теплоизоляционного материала рекомендуется состав композита на основе минерального вяжущего и стружки-отходов, содержащих не более 50 % частиц опилочной фракции: доля древесного наполнителя по массе - 35 %, доля магнезита каустического – 65 %; концентрация раствора бишофита – 15 %. Полученный композит имеет коэффициент теплопроводности λ =0,114 Вт/(м·К), прочность при изгибе не ниже 0,5 МПа.
9. С годовым объемом переработки стружки-отходов от 20 до 27 тыс. м3 целесообразно производить теплоизоляционные плитные материалы на синтетическом связующем. Стоимость ограждающих конструкций на основе разработанного композита при этом сопоставима со стоимостью SIP-панелей. При меньших объемах стружки-отходов рекомендуется производить конструкционно-теплоизоляционный композит по технологии получения арболитовых изделий.

31