Древесно-композитные плиты с низким коэффициентом линейного теплового расширения
DOI:
https://doi.org/10.37482/0536-1036-2024-2-142-151Ключевые слова:
механоактивация, коэффициент линейного теплового расширения, КЛТР, оснастка, древесные плиты без связующих веществ, гидродинамическая обработка, композитАннотация
В целом ряде отраслей промышленности требуются материалы с низким коэффициентом линейного теплового расширения, в частности при производстве спутниковых сферических антенн. Последние формуют из композитов, содержащих углеродные волокна и синтетические смолы. Отверждение композиции происходит за счет нагревания до 180 °С. Это приводит к тепловому расширению формы и изменению геометрических характеристик изделия, поэтому к материалам для изготовления форм предъявляются специфические требования. Высокая стоимость специальных материалов, используемых для форм, предопределяет необходимость поиска других материалов с низким коэффициентом линейного теплового расширения. Древесина является возможным решением данной проблемы. Ее коэффициент линейного теплового расширения вдоль волокон меньше, чем у подавляющего большинства материалов, и составляет примерно 3‧10–6 К–1, что сопоставимо со специальными материалами. Однако расширение древесины поперек волокон значительно выше продольного, что исключает применение массивной древесины. Анизотропию можно уменьшить за счет создания композита, волокна в котором равномерно ориентированы во всех структурных направлениях, что позволит снизить температурные деформации, приблизив значение расширения древесины поперек волокон к значению расширения вдоль волокон. При традиционном подходе к получению древесных композитов, основанном на использовании синтетических адгезивов, не удается достичь заметного снижения теплового расширения из-за высокого коэффициента линейного теплового расширения клеев. Перспективным является применение плит из гидродинамически активированных древесных частиц без связующих веществ. Проведены 3 серии опытов: с варьированием плотности плит, предварительной термической модификацией исходной древесины и использованием щелочи при гидродинамической обработке. Исследование теплового расширения проводилось на индукционном дилатометре NETZSCH DIL-402 C в динамическом режиме со скоростью нагрева 2 К/мин. Установлено, что с увеличением плотности тепловое расширение возрастает. Средний коэффициент линейного теплового расширения при плотности 950 кг/м3 составляет 12‧10–6 К–1, а при плотности 1100 кг/м3 – 17‧10–6 К–1. При сопоставимой плотности тепловое расширение плит без связующих веществ значительно ниже, чем у древесноволокнистых плит (MDF). Предварительная термическая модификация древесины существенно не влияет на коэффициент линейного теплового расширения плит. Также не влияет и использование щелочи в процессе гидродинамической обработки.
Скачивания
Библиографические ссылки
Азаров В.И., Буров А.В., Оболенская А.В. Химия древесины и синтетических полимеров. СПб.; М.; Краснодар: Лань, 2010. 624 с. Azarov V.I., Burov A.V., Obolenskaya A.V. Chemistry of Wood and Synthetic Polymers. St. Petersburg, Moscow, Krasnodar, Lan’ Publ., 2010. 624 p. (In Russ.).
Алашкевич Ю.Д., Васютин В.Г., Емельянов С.В., Кадочкина И.А. Влияние кавитационных сил на размол волокон в безножевой установке // Переработка растительного сырья и утилизация отходов: cб. тр. Красноярск, 1995. Вып. 2. С. 158–161. Alashkevich Yu.D., Vasyutin V.G., Emel’yanov S.V., Kadochkina I.A. The Influence of Cavitation Forces on Fiber Grinding in a Knifeless Plant. Processing of Plant Materials and Waste Disposal: Collected Papers. Krasnoyarsk, 1995, iss. 2, pp. 158–161. (In Russ.).
Баяндин М.А., Ермолин В.Н., Елисеев С.Г. Влияние механоактивации на аутогезионные свойства древесины // Хвойные бореал. зоны. 2013. Т. XXI, № 1–2. С. 159–163. Bayandin M.A., Ermolin V.N., Eliseev S.G. The Influence of Mechanical Activation on the Autohesive Properties of Wood. Khvoinye boreal’noi zony = Conifers of the Boreal Area, 2013, vol. XXI, no. 1–2, pp. 159–163. (In Russ.).
Белоглазов А.П., Габов А.В., Елистратов В.И. Перспективы конструирования оправок с малым КЛТР для изготовления рефлекторов // Решетнев. чтения. 2014. Ч. 1. С. 49–50. Beloglazov A.P., Gabov A.V., Elistratov V.I. Prospects of Mandrels Designing with Small Thermal Expansion Coefficient for Manufacturing Reflectors. Reshetnevskiye chetniya = Reshetnev Readings, 2014, part 1, pp. 49–50. (In Russ.).
Биткин В.Е., Жидкова О.Г., Комаров В.А. Выбор материалов для изготовления размеростабильных несущих конструкций // Вестн. Самар. ун-та. Аэрокосм. техника, технологии и машиностроение. 2018. Т. 17, № 1. С. 100–117. Bitkin V.E., Zhidkova O.G., Komarov V.A. Choice of Materials for Producing Dimensionally Stable Load-Carrying Structures. Vestnik Samarskogo universiteta. Aerokosmicheskaya tekhnika, tekhnologii i mashinostroyeniye = Vestnik of Samara University. Aerospace and Mechanical Engineering, 2018, vol. 17, no. 1, pp. 100–117. (In Russ.). https://doi.org/10.18287/2541-7533-2018-17-1-100-117
Бокщанин Ю.Р. Новое в лесопилении и использовании отходов за рубежом. М.: Лесн. пром-сть, 1969. 122 с. Bokshchanin Yu.R. Novelties in Sawmilling and Waste Management Abroad. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1969. 122 p. (In Russ.).
Вараксин Ф.Д., Ступнев Г.К. Основные направления технического прогресса лесной и деревообрабатывающей промышленности. М.: Лесн. пром-сть, 1974. 400 с. Varaksin F.D., Stupnev G.K. Forest and Woodworking Industries Main Progressive Development Trends. Moscow, Lesnaya promyshlennost’ Publ., 1974. 400 p. (In Russ.).
Ермолин В.Н., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Намятов А.В. Формирование структуры плит малой плотности из гидродинамически активированных мягких отходов деревообработки // Изв. вузов. Лесн. журн. 2019. № 5. С. 148–157. Ermolin V.N., Bayandin M.A., Kazitsin S.N., Namyatov A.V. Structure Formation of Low-Density Boards from Hydrodynamically Activated Softwood Waste. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2019, no. 5, pp. 148–157. (In Russ.). https://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.5.148
Ермолин В.Н., Баяндин М.А., Казицин С.Н., Намятов А.В., Острякова В.А. Водостойкость древесных плит, получаемых без использования связующих веществ // Изв. вузов. Лесн. журн. 2020. № 3. С. 151–158. Ermolin V.N., Bayandin M.A., Kazitsin S.N., Namyatov A.V., Ostryakova V.A. Water Resistance of Wood-Based Panels Made without Binders. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2020, no. 3, pp. 151–158. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2020-3-151-158
Киселева О.А., Ярцев В.П. Влияние плотности на термическое расширение древесных плит // Актуальные проблемы современного строительства: сб. тр. Пенза: ПГАСА, 2003. Ч. 2. С. 63–66. Kiseleva O.A., Yartsev V.P. The Influence of Density on the Thermal Expansion of Wood-Based Panels. Aktual’nye problemy sovremennogo stroitel’stva: Collected Papers. Penza, Penza State Academy of Architecture and Civil Engineering Publ., 2003, part 2, pp. 63–66. (In Russ.).
Эриньш П.П. Строение и свойства древесины как многокомпонентной полимерной системы // Химия древесины. 1977. № 1. С. 8–25. Erin’sh P.P. The Structure and Properties of Wood as a Multicomponent Polymer System. Khimiya drevesiny, 1977, no. 1, pp. 8–25. (In Russ.).
Эриньш П.П., Алксне И.М. Проникновение мономера в клеточные стенки древесины // Химия древесины. 1970. Вып. 6. С. 9–17. Erin’sh P.P., Alksne I.M. Monomer Penetration into Wood Cell Walls. Khimiya drevesiny, 1970, iss. 6, pp. 9–17. (In Russ.).
Alemdar A., Sain M. Biocomposites from Wheat Straw Nanofibers: Morphology, Thermal and Mechanical Properties. Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, iss. 2, pp. 557–565. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2007.05.044
Badel E., Delisee C., Lux J. 3D Structural Characterisation, Deformation Measurements and Assessment of Low-Density Wood Fibreboard under Compression: The Use of X-Ray Microtomography. Composites Science and Technology, 2008, vol. 68, iss. 7–8, pp. 1654–1663. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2008.02.013
Cervin N.T., Andersson L., Ng J.B.S., Olin P., Bergström L., Wågberg L. Lightweight and Strong Cellulose Materials Made from Aqueous Foams Stabilized by Nanofibrillated Cellulose. Biomacromolecules, 2013, vol. 14, iss. 2, pp. 503–511. https://doi.org/10.1021/bm301755u
Hendershot O.P. Thermal Expansion of Wood. Science, 1924, vol. 60, iss. 1559, pp. 456–457. https://doi.org/10.1126/science.60.1559.456
Hidaka H., Kim U.-J., Wada M. Synchrotron X-Ray Fiber Diffraction Study on the Thermal Expansion Behavior of Cellulose Crystals in Tension Wood of Japanese Poplar in the Low-Temperature Region. Holzforschung, 2010, vol. 64, iss. 2, pp. 167–171. https://doi.org/10.1515/hf.2010.028
Hori R., Wada M. The Thermal Expansion of Wood Cellulose Crystals. Cellulose, 2005, vol. 12, pp. 479–484. https://doi.org/10.1007/s10570-005-5967-5
Ramiah M.V., Goring D.A.I. The Thermal Expansion of Cellulose, Hemicellulose, and Lignin. Journal of Polymer Science Part C: Polymer Symposia, 1965, vol. 11, iss. 1, pp. 27–48. https://doi.org/10.1002/polc.5070110105
Villari E.M. Sur le Propriétés Physiques du Bois Conpé Parallèment ou Transversalement aux Fibres. Annales de Chimie et de Physique, 1868, vol. 14, pp. 503–504. (In French).
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Лицензия
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
