Структурно-механические свойства гидродинамически активированной древесной массы в аддитивных технологиях
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-121-131Ключевые слова:
влажность древесной массы, однородность древесной массы, пластомер, предел ползучести древесной массы, аддитивные технологии, экструдирование смеси, аутогезия, пьезотермическое воздействие, 3D-печатьАннотация
Аддитивные технологии методом 3D-печати являются перспективным направлением развития малоэтажного домостроения. Для этого используют различные материалы. Проведено исследование возможности применения в качестве материала для 3D-печати гидродинамически активированной древесной массы. Измельченная древесина в процессе активации под воздействием эффекта кавитации изменяет свое физико-химическое состояние. Данная древесная масса представляет собой твердообразную дисперсную систему, свойства которой зависят от влажности. Такую древесную массу можно транспортировать по трубопроводам, структурообразование происходит в процессе удаления влаги за счет возникновения аутогезионных взаимодействий между древесными частицами без использования адгезивов. Полученный таким образом материал имеет достаточно высокие прочность и водостойкость, что послужило предпосылкой для использования активированной древесной массы в аддитивных технологиях. Формирование изделия методом 3D-печати происходит путем послойного нанесения материала с определенными временными интервалами. Обязательным условием при этом является обеспечение стабильной формы и однородности структуры. Поэтому были выполнены исследования по определению предела ползучести древесной массы, показывающего величину напряжений, при превышении которых начинается интенсивное пластическое деформирование материала (течение). Данное исследование проводилось по методике академика П.А. Ребиндера с использованием конического пластометра. Изученный показатель существенно зависит от влажности массы. При снижении влажности предел ползучести значительно возрастает. Полученная зависимость является основой для научно-обоснованного определения толщины наносимых слоев и временных промежутков между нанесениями. Однородность структуры в межслойной зоне определяет прочность всего изделия и обеспечивается влажностью в зоне контакта не менее 400 %. Создать высокую влажность в зоне контакта при низкой средней влажности массы можно за счет обработки СВЧ-излучением. В результате такой обработки происходит перераспределение влажности по толщине слоя. На поверхности она увеличивается, а в центре – снижается.
Для цитирования: Ермолин В.Н., Баяндин М.А., Намятов А.В., Острякова В.А. Структурно-механические свойства гидродинамически активированной древесной массы в аддитивных технологиях // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 2. С. 121–131. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-2-121-131
Скачивания
Библиографические ссылки
Аведиков А.С., Остриков М.С., Дибров Г.Д. Об усадочном напряжении в дисперсных структурах // Докл. АН СССР. 1965. Т. 163, № 5. С. 1185–1188. Avedikov A.S., Ostrikov M.S., Dibrov G.D. Contraction Stress in Dispersed Structures. Doklady Akademii nauk USSR. Chemistry Series, 1965, vol. 163, no. 5, pp. 1185–1188. (In Russ.).
Артёмов А.В., Бурындин В.Г., Савиновских А.В. Влияние карбамида на физико-механические свойства пластика на основе сосновых опилок // Вестн. технол. ун-та. 2021. Т. 24, № 5. С. 35–39. Artemov A.V., Buryndin V.G., Savinovskikh A.V. The Influence of Carbamide on the Physico-Mechanical Properties of Plastic Made of Pine Sawdust. Vestnik of Kazan National Research Technological University, 2021, vol. 24, no. 5, pp. 35–39. (In Russ.).
Базарнова Н.Г., Маркин В.И., Катраков И.Б., Колосов П.В., Калюта Е.В., Чепрасова М.Ю. Методы получения лигноуглеводных композиций из химически модифицированного растительного сырья // Рос. хим. журн. 2011. Т. 55, № 1. С. 4–9. Bazarnova N.G., Markin V.I., Katrakov I.B., Kolosov P.V., Kalyuta E.V., Cheprasova M.Yu. Methods for Obtaining Lignocarbohydrate Compositions from Chemically Modified Plant Raw Materials. Rossiyskiy khimicheskiy zhurnal, 2011, vol. 55, no. 1, pp. 4–9. (In Russ.).
Ефремов А.А. Влияние условий термокаталитической активации древесины осины на состав водорастворимых продуктов // Химия природ. соединений. 1995. № 6. С. 20–25. Efremov A.A. Influence of the Conditions for Thermocatalytic Activation of Aspen Wood on the Composition of Water-Soluble Products. Khimiya prirodnykh soyedineniy = Chemistry of Natural Compounds, 1995, no. 6, pp. 20–25. (In Russ.).
Казицин С.Н. Получение древесных плит без связующих веществ из механо-активированных древесных частиц: дис. … канд. техн. наук. Екатеринбург, 2017. 132 с. Kazitsin S.N. Production of Chipboards Without Binders from Mechanically Activated Wood Particles: Cand. Eng. Sci. Diss. Ekaterinburg, 2017. 132 р. (In Russ.).
Карасев Е.И., Киселев И.Ю., Мерсов Е.Д., Киселева Г.В. Водостойкость древесноволокнистых плит. М.: ВНИПИЭИлеспром, 1986. 32 с. Karasev E.I., Kiselev I.Yu., Mersov E.D., Kiseleva G.V. Water Resistance of Wood Fibreboards. Moscow, VNIPIEIlesprom Publ., 1986. 32 p. (In Russ.).
Кондрашенко В.И., Тарарушкин Е.В., Горшина Е.С., Кесарийский А.Г. Биопластики – древесные композиционные материалы, получаемые методами биотехнологии // Вестн. ДонНАСА. 2012. № 1(93). С. 17–24. Kondrashenko V.I., Tararushkin E.V., Gorshina E.S., Kesariyskiy A.G. Bioplasics – Wood Composites Obtained by Biotechnology Methods. Vestnik of DonNACA, 2012, no. 1(93), pp. 17–24. (In Russ.).
Намятов А.В., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Ермолин В.Н. Исследование свойств плит малой плотности из механоактивированных древесных частиц без использования связующих веществ // Строение, свойства и качество древесины – 2018: материалы VI Междунар. симп. им. Б.Н. Уголева, посвящ. 50-летию Регионального Координационного совета по современным проблемам древесиноведения, Красноярск, 10–16 сент. 2018 г. Новосибирск: СО РАН, 2018. С. 149–151. Namyatov A.V., Bayandin M.A., Kazitsin S.N., Ermolin V.N. Investigation of the Properties of Low-Density Boards Made of Mechanically Activated Wood Particles Without Usage of Binders. Structure, Properties and Quality of Wood – 2018: Proceedings of the 6th International Symposium named after B.N. Ugolev, dedicated to the 50th anniversary of the Regional Coordinating Council on Modern Problems of Wood Science. Krasnoyarsk, September 10-16, 2018. Novosibirsk, SB RAS, pp. 149–151. (In Russ.).
Ребиндер П.А. Поверхностные явления в дисперсных системах. Физико-химическая механика. Избр. тр. М.: Наука, 1979. 384 с. Rebinder P.A. Surface Effects in Dispersed Systems. Physico-Chemical Mechanics. Selected Works. Moscow, Nauka Publ., 1979. 384 p. (In Russ.).
Bos F., Wolfs R., Ahmed Z., Salet T. Additive Manufacturing of Concrete in Construction: Potentials and Challenges of 3D Concrete Printing. Virtual and Physical Prototyping, 2016, vol. 11, no. 3, pp. 209–225. https://doi.org/10.1080/17452759.2016.1209867
Correa D., Papadopoulou A., Guberan C., Jhaveri N., Reichert S., Menges A., Tibbits S. 3D printed Wood: Programming Hygroscopic Material Transformations. 3D Printing and Additive Manufacturing, 2015, vol. 2, no. 3, pp. 106–116. https://doi.org/10.1089/3dp.2015.0022
Feng P., Meng X., Chen J.-F., Ye L. Mechanical Properties of Structures 3D Printed with Cementitious Powders. 3D Concrete Printing Technology, Elsevier, 2019, pp. 181–209. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815481-6.00009-9
Ferretti E., Moretti M., Chiusoli A., Naldoni L., de Fabritiis F., Visonà M. Rice-Husk Shredding as a Means of Increasing the Long-Term Mechanical Properties of Earthen Mixtures for 3D Printing. Materials, 2022, vol. 15, no. 3, p. 743. https://doi.org/10.3390/ma15030743
Forss K. Biotechnology in the Forest Industry. Bioconversion of Plant Raw Material by Microorganisms: Proceedings of the 5th Finnish-Soviet Seminar. Helsinki, University of Helsinki, 1983, pp. 13–21.
Kirk T.K., Shimada M. Lignin Biodegradation: The Microorganisms Involved and the Physiology and Biochemistry of Degradation by White-Rot Fungi. Biosynthesis and Biodegradation of Wood Components, Elsevier, 1985, pp. 579–605. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-347880-1.50025-8
Le Duigou A., Castro M., Bevan R., Martin N. 3D Printing of Wood Fibre Biocomposites: From Mechanical to Actuation Functionality. Materials and Design, 2016, vol. 96, pp. 106–114. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2016.02.018
Min K.-S., Park K.-M., Lee B.-C., Roh Y.-S. Chloride Diffusion by Build Orientation of Cementitious Material-Based Binder Jetting 3D Printing Mortar. Materials, 2021, vol. 14, no. 23, p. 7452. https://doi.org/10.3390/ma14237452
Perrot A., Rangeard D., Pierre A. Structural Built-Up of Cement-Based Materials Used for 3D Printing Extrusion Techniques. Materials and Structures, 2016, vol. 49, no. 4, pp. 1213–1220. https://doi.org/10.1617/s11527-015-0571-0
Unbehaun H., Konig S., Spindler D., Kerns G. Enzymatic Modification of Lignocellulosic Substances for the Production of Fiberboards. Moscow University Chemistry Bulletin, 2008, vol. 63, no. 2, pp. 126–130. https://doi.org/10.3103/S002713140802017X
Velásquez J.A., Ferrando F., Salvadó J. Binderless Fiberboard from Steam Exploded Miscanthus Sinensis: The Effect of a Grinding Process. European Journal of Wood and Wood Products, 2002, vol. 60, no. 4, pp. 297–302. https://doi.org/10.1007/s00107-002-0304-2
Velásquez J.A., Ferrando F., Salvadó J. Binderless Fiberboard from Steam Exploded Miscanthus Sinensis: Optimization of Pressing and Pretreatment Conditions. Wood Science and Technology, 2003, vol. 37, no. 3-4, pp. 279–286. https://doi.org/10.1007/s00226-003-0186-4
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
