Исследование свойств перспективного теплозвукоизолирующего материала

В настоящее время в лесопромышленном комплексе на различных стадиях обработки древесины теряется до 40% от всего объёма заготовленного сырья. Годовой объём древесных отходов в России можно оценить на уровне 70 млн. м. [1]

Данные древесные отходы используются для производства энергетических ресурсов - топливной щепы, дров, очень редко для производства топливных пеллетов и брикетов, либо для производства строительных материалов- арболита или древобетона. [2] Для производства материалов первого направления необходимо дорогостоящее оборудование, высокое качество исходного сырья, следовательно, производство возможно только в условиях крупных предприятий. Второе направление не получило широкого применения в виду того, что у производимых материалов существует большое количество аналогов, которые превосходят их по количественным и качественным свойствам. [3]

Древесина отличается уникальными свойствами - сложным химическим составом, низкой тепло и звукопроводностью, пористостью, высокой плотностью. При производстве материалов из древесных отходов в обоих направлениях практически не используется сложный химических состав древесины, пористость древесины. Целесообразно использовать древесные отходы для производства материала, который будет обладать пористой структурой, низким коэффициентом тепло и звукопроводности, отличаться экологичностью. Таким материалом может быть Аэрокомпозит.

Аэрокомпозит представляет собой губчатую, вспененную структуру из измельченных определенным образом древесных отходов. Получаемый материал может использоваться в строительной сфере для тепло и звукоизоляции помещений.

Производство Аэрокомпозита происходит в 4 этапа: на первом этапе древесные отходы измельчаются до размеров от 0,5 до 2 мм при помощи рубительной машины и молотковой дробилки. На втором этапе - древесные отходы смешиваются со связующим веществом растворами силикатов натрия и водой. Выбор растворов силиката натрия в качестве связующего вещества обусловлен требованиями огнестойкости, экологичности и дешевизны производства. Смешивание компонентов происходит при помощи планетарного смесителя. На третьем этапе производства происходит вспенивание готовой смеси. На четвертом этапе - затвердевание или запекание вспененной смеси. 3 и 4 этап, вспенивание и запекание соответственно, происходят практически одновременно, при помощи СВЧ конвейерной сушилки. Проходя через конвейерную СВЧ сушилки готовая смесь вспенивается и затвердевает. Данные процессы происходят при температуре 150С в течении 15 мин.

Для оптимизации технологического процесса производства Аэрокомпозита необходимо подобрать оптимальный состав, при этом сохранив потребительские качества готового продукта. Например, одним изглавных потребительских качеств является прочность, характеристикой которого является модуль упругости. Наша основная задача - подобрать такое соотношение наполнителя из древесных отходов и связующего вещества которое обеспечить минимальные затраты на сырьевые материалы и при этом позволит создать материал отвечающий требованиям потребителя.

В процессе технологических экспериментов изготовлены образцы аэрокомпозита двух составов. Состав №1 содержал - 1 кг древесных отходов, 2 кг растворов силиката натрия и 3 кг воды. С данным составом было получено 4 образца со средней плотностью 400 кг/м . Состав №2 содержал - 1 кг древесных отходов, 1,6 кг растворов силиката натрия и 2,6 кг воды. С перечисленным составом так же было получено 4 образца, средняя плотность которых составил 470 кг/м3. Представленные образцы испытаны для определения модуля упругости. Основной целью постановки эксперимента было определить какое влияние оказываетконцентрация связующего вещества в материале на плотность и упругость готового материала. Испытания образцов происходило под нагрузками: 12 Н , 52 Н , 85 Н, 92 Н, 160 Н. Результаты экспериментов показаны на рис. 1.

Рис. 1. Результаты определения влияния связующего вещества на прочность аэрокомпозита
Среднее значение модуля упругости для образцов с составом №1 составило 254,27 МПА. Среднее значение модуля упругости для образцов с составом №2 составило 189,61 МПА. Для сравнения у ближайших аналогов Аэрокомпозита модуль упругости составляет: для ДСтП - от 1000 до 1800 МПА в зависимости от марки, у МДФ - от 1900 до 2700 МПА, у пенопласта от 4 до 10 МПА. Из сравнения можно сделать вывод, что Аэрокомпозитявляется золотой серединой между конструкционным и теплозвукоизолирующими материалами., т.е. он может использоваться в обоих сферах обладая качествами как конструкционного материала, так и изоляционного. Так же для обоих составов были определены доверительные интервалы и построены области значений модулей упругости всех образцов. Анализируя график (рис.1) видно, что области значений обоих составов Аэрокомпозита в значительной степени перекрываются. Из этого можно сделать вывод, что указанной снижение концентрации связующего вещества (на 20%) не оказывает значительного влияния на прочность материала. Т.е. у нас остается резерв для поиска оптимальной концентрации связующего вещества. Так же по графику можно заметить тенденцию снижения плотности материала в зависимости от снижения концентрации связующего вещества. Из этого можно сделать вывод, что использование большей концентрации связующего вещества в составе Аэрокомпозита необходимо тогда, когда материал используется не только как теплозвукоизоляционный, но и конструкционный. Использование меньшей концентрации связующего вещества возможно тогда, когда материал используется исключительно, как теплозвукоизоляционный. Анализируя все полученные результаты, можно сделать вывод, что есть возможность получать материал с высокими потребительскими качествами и минимальными затратами на сырье. Производство Аэрокомпозита будет отличаться простотой технологического процесса, относительной дешевизной используемого оборудования, низкой себестоимостью готовой продукции, а, следовательно, и высокой экономической эффективностью производства. В дальнейшем планируется исследование теплопроводности, звукопроводности, огнестойкости, износостойкости Аэрокомпозита.
Список литературы
1. Галактионов О. Н., Попов А. С. Исследование возможности производства пористых материалов на основе древесных отходов [Текст] // Приоритетные направления развития науки и образования: материалы V Междунар. науч.-практ. конф. Чебоксары: ЦНС «Интерактив плюс», 2015. № 2 (5). С. 289-290.
2. Щукин П. О. Демчук А. В., Будник П. В.Повышение эффективности переработки вторичных ресурсов лесозаготовок на топливную щепу // Инженерный вестник Дона. - 2012.
№3. - Режим доступа: http://ivdon.ru/magazine/archive/n3y2012/1025
3. Энергетическое использование древесной биомассы: заготовка, транспортировка, переработка и сжигание: учебное пособие для студентов высш. учебных заведений / авт. - сост. В.С. Сюнёв [и др.]. Петрозаводск: Издательство ПетрГУ, 2014. 123 с.
4. Галактионов О. Н., Лукашевич В. М. Повышение эффективности вывозки пиловочных бревен / Развитие производительных сил Республики Карелия: материалы республиканской научно-практической конференции. Петрозаводск: ПетрГУ, 2010. С. 26-27.
5. Лукашевич В. М.Подготовительные работы как фактор снижения себестоимости древесного сырья / Новые информационные технологии в целлюлозно-бумажной промышленности и энергетике: материалы IX международной научно-технической конференции. Петрозаводск: ПетрГУ, 2010. С. 49-50.

Аннотация. В статье рассмотрен технологический процесс производства перспективного теплозвукоизолирующего материала на основе древесных ресурсов. Рассмотрены возможные составы материала и исследована возможность оптимизации технологического процесса производства, за счет снижения концентрации связующего вещества. Определены модули упругости образцов с различными составами.
Ключевые слова: теплоизоляция, звукоизоляция, строительство, древесные отходы, древесина, пористые материалы, вторичные ресурсы, конструкционные материалы.

А. С. Попов