Композиционные материалы на основе

Измельченной древесины

 

Композиционные материалы этой подгруппы изготовляют в основном из низкокачественной древесины и отходов производства. В системе мероприятий по комплексному использованию древесины и коры выпуску таких материалов отводится видное место. Возникла и бурно развивается отрасль промышленности, производящая древесностружечные плиты; в непрерывно возрастающих объемах выпускаются строительные материалы на базе измельченной древесины; производятся древесные прессовочные массы. В ряде научно-исследовательских и учебных институтов (ВНИИДреве, ЦНИИМОДе, ЦНИИМЭ, ЦНИИФ, СвердНИИдреве, МЛТИ, БТИ, ЛТА и др.) ведутся работы по созданию пластиков и плит из измельченных древесных отходов и коры с добавкой клеящих или вяжущих веществ.

Ниже будут кратко рассмотрены материалы, на которые имеются государственные стандарты, а также некоторые другие материалы, выпускаемые промышленностью в крупных масштабах.

Древесностружечные плиты (ДСтП). Этот композиционный материал получают путем горячего прессования древесных частиц, смешанных со связующим. Древесностружечные плиты широко используются в производстве мебели, применяются также в строительстве и в других областях.

Древесные частицы получают главным образом при переработке технологического сырья (низкокачественной древесины), технологической щепы, а также отходов деревообрабатывающих и фанерных производств, частично опилок. В качестве связующего для производства древесностружечных плит применяют карбамидоформальдегидные и фенолформальдегидные смолы.

Согласно ГОСТ 10632-89 плиты изготовляют путем плоского прессования толщиной (после шлифования) 8-28 мм с градацией 1 мм. Длина плит 1830-5680 мм (18 размеров), а ширина - 1220-2500 мм (9 размеров). Для нешлифованных плит предусматривается припуск по толщине не более 1,5 мм. Плотность плит 550-820 кг/м³, а влажность - 5-12%.

Установлены 2 марки плит - П-А и П-Б, у которых нормы требований к другим физико-механическим показателям различны. Так, например, предел прочности при изгибе плит марки П-А толщиной 8-12; 13-19; 20-30 мм соответственно равен 18, 16, 14 МПа, а у марки П-Б 16; 14; 12 МПа. Предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти плиты толщиной 8-12 мм равен 0,35 МПа (П-А) и 0,3 МПа (П-Б); при толщинах 13-19 и 20-30 мм этот показатель соответственно равен 0,3 и 0,25 МПа для обеих марок. Как видим, прочность у более тонких плит выше.

Покоробленность у плит марки П-А 1,2 мм, а у марки П-Б - 1,6 мм, шероховатость поверхности сухой шлифованной плиты Rm для марки П-А 50 мкм, для марки П-Б 63 мкм. Дифференцированы нормы требований к разбуханию плит по толщине, к удельному сопротивлению выдергиванию шурупов, нормальному отрыву наружного слоя и некоторые другие. Для плит обеих марок модуль упругости при изгибе 1,4-4 ГПа, ударная вязкость 0,4-0,8 Дж/см², твердость - 20-40 Н/мм².

Различают плиты I и II сортов по наличию и размерам дефектов на их поверхности. Изготовляют плиты с обычной или мелкоструктурной (М) поверхностью, шлифованные (Ш) или нешлифованные, обычной, или повышенной (В) водостойкости. Имеется 3 класса плит в зависимости от содержания в них формальдегида - Е1, Е2 и Е3. Наименьшее содержание этого токсичного вещества у плит класса Е1. Все указанные характеристики, а также размеры плит и номер стандарта находят отражение в, условном обозначении, например «П-А, I, М, В, Ш, Е1, 3500 1750 15, ГОСТ 10632-89». Плиты учитывают в квадратных или кубических метрах.

Для придания древесностружечным плитам био-, водо- и огнестойкости в них вводят химические добавки. Перспективны плиты с ориентированными частицами (ОСП) (для строительства), с пониженной материалоемкостью и высоким качеством поверхности (для мебельного производства) и тонкие однослойные непрерывного прессования (для тары, панелей и пр.).

Древесноволокнистые плиты (ДВП). Это листовой материал, изготовленный в процессе горячего прессования или сушки, сформированный в виде ковра массы из древесных волокон. Древесными волокнами условно названы клетки, их обрывки и группы, получающиеся при размоле древесины (щепы). Различают мокрый и сухой способы производства ДВП, в зависимости от того, в водной или воздушной среде находится масса при формировании ковра и прессовании. Наиболее распространен мокрый способ, близкий к способу производства картона, однако в последнее время получает развитие сухой способ производства ДВП. При мокром способе прочность плиты обеспечивается межволоконными связями, а вводимые добавки предназначены для улучшения других свойств, например водостойкости. При сухом способе вводят упрочняющее плиту связующее - синтетическую смолу, поэтому ДВП сухого способа производства можно отнести к композиционным древесным материалам.

Древесноволокнистые плиты применяют в строительстве, при изготовлении стандартных деревянных домов, в производстве мебели, автомобилей, вагоно-, судостроении и других отраслях промышленности в качестве конструкционного, изоляционного и отделочного материала.

Мокрым способом (ГОСТ 4598-86) изготовляют плиты плотностью, кг/м³:

 

сверхтвердые СТ …………………………..	950...1100
твердые Т …………………………………..	800…1100
полутвердые НТ ……………………………	600
мягкие:
М1 …………………………………………...	200...400
М2 …………………………………………...	200…350
М3 …………………………………………..	100...200

 

Если твердые плиты имеют лицевой слой из тонкодисперсной древесной массы, в обозначение марки добавляется буква С, если лицевой слой подкрашен - буква П; на повышенную водостойкость указывает буква В. Твердые плиты марок Т, Т-С, Т-П, Т-СП в зависимости от уровня физико-механических показателей подразделяют на группы А и Б, а по числу и размерам у дефектов на поверхности относят к I и II сорту. Сверхтвердые, твердые и полутвердые плиты выпускают толщиной 2,5-6 мм (5 размеров), длиной 1220-3660 (10 основных размеров), шириной 610-2140 (6 размеров), а мягкие - толщиной 8; 12; 16 мм; длиной 1220-3000 мм и шириной 1220 мм. Пример условного обозначения плиты: «Т-СП, гр. Б, II с, 3050 2140 3,2, ГОСТ 4598-86».

Предел прочности плит при изгибе, МПа (нижняя граница):

 

сверхтвердых …………………………………..	47
твердых водостойких …………………………	40
твердых, группы А/Б ………………………….	38/33
Полутвердых …………………………………..	15

 

Мягкие плиты, предназначенные для теплоизоляции, имеют малую прочность (для марок М1, М2, МЗ соответственно 1,8; 1,1 и 0,4 МПа) и низкий коэффициент теплопроводности (0,05; 0,07; 0,09 Вт/м  °С).

Для разных марок ДВП установлены дифференцированные нормы разбухания, влажности (3-12%), водопоглощения и прочности при растяжении перпендикулярно волокнам (для твердых и сверхтвердых плит).

ДВП сухого способа производства согласно ТУ 13-444-83 изготовляют следующих марок: полутвердые - ПТс-220; твердые - Тс-300, Тс-350, Тс-400, Тс-450; сверхтвердые - СТс-500.

Плиты выпускают шлифованными (с одной или двух сторон) и нешлифованными. В зависимости от наличия и размеров дефектов на поверхности нешлифованные плиты подразделяют на группы А и Б. Длина плит 1200-5500, ширина 1000-1830, толщина 5-12 мм. Влажность плит составляет 5±3%. Параметр шероховатости Rm _max у шлифованных плит не более 100 мкм. Установлены дифференцированные по маркам нормы в отношении показателей плотности, прочности, водопоглощения и разбухания, а также другие требования.

Древесноволокнистые плиты обоих способов производства учитывают в квадратных метрах с указанием толщины плиты. Твердые плиты износостойки, легко подвергаются склеиванию и отделке. Согласно ГОСТ 8904-81 выпускают плиты с лакокрасочным покрытием на лицевой поверхности. Созданы технологии изготовления специальных видов плит: биостойких, огнестойких, битумированных, профилированных и т.д.

Массы древесные прессовочные (МДП). Это смеси, точнее, готовые композиции, полученные в результате совместной обработки частиц древесины и синтетических смол. МДП предназначаются для изготовления методом горячего прессования деталей машин, строительных деталей и товаров народного потребления. Таким способом изготовляют втулки, блоки, шкивы, подоконные доски и т. п.

Согласно ГОСТ 11368-79 массы древесные прессовочные подразделяются на 3 типа: МДПК - из частиц шпона (крошки), МДПС - из стружки, МДПО - из опилок. В стандарте приведены основные компоненты смеси каждой марки, технические требования к ним и методы испытаний. Для контрольной проверки качества массы из нее по указанным в стандарте режимам изготовляют (прессованием) образцы. По этим образцам определяют ряд физико-механических свойств: плотность, прочность, твердость, влагопоглощение, теплостойкость, масло-, бензино- и кислотопоглощение и др. Масса транспортируется в ящиках или мешках,.учитывается в килограммах.

Композиции древесно-клеевые. Эти смеси состоят из измельчённой древесины и связующего, предназначены для изготовления формованной тары. Для приготовления смеси используют стружку длиной 10-20, шириной 1-3,5 и толщиной 0,1-0,4 мм из древесины хвойных и мягких лиственных пород, а также связующее на основе карбамидоформальдегидных смол. В качестве гидрофобной добавки применяют парафин. По формованным образцам определяют плотность, твердость, ударную вязкость и разбухание. Транспортируют смесь в мешках, учитывают в килограммах.

Арболит. Это строительный материал, относящийся к категории легких бетонов. В состав арболитовой смеси входит органический заполнитель, цементное вяжущее, химические добавки и вода. В качестве органического заполнителя используют дробленые отходы лесозаготовительной, лесопильной и деревообрабатывающей промышленности. Ветви, сучья, вершинки, горбыли, рейки, срезки из сосны, ели, пихты, березы, бука, осины, тополя сначала перерабатывают в щепу. Щепу на молотковых мельницах (дробилках) превращают в дробленку. Длина частиц не более 40 мм, толщина 5 мм, ширина 10 мм. Сырье не должно содержать примеси коры, хвои, листьев более 5%. Вместо древесного заполнителя можно использовать измельченные стебли хлопчатника, рисовую соломку, костру льна и конопли.

В качестве вяжущего используют портландцемент. Для нейтрализации действия водорастворимых веществ, замедляющих процессы схватывания и твердения цемента, а также снижающих прочность материала, в арболитовую массу вводят минерализаторы. Минерализаторами служат хлористый кальций, жидкое стекло и сернокислый глинозем совместно с известью. Вводятся и другие химические добавки. Из арболита получают элементы строительных конструкций, стеновые панели, несущие блоки и др.

Арболитовые изделия разделяются на теплоизоляционные и конструкционно-теплоизоляционные, они могут изготавливаться с металлической арматурой. Согласно ГОСТ 19222-84 теплоизоляционный арболит имеет плотность 400-500 кг/м³, а конструкционный - 500-850 кг/м³. По прочности теплоизоляционный арболит делится на классы В 0,35; В 0,75; В 1 (предел прочности на сжатие 0,5-1,5 МПа), а конструкционный - на классы В 1,5; В 2; В 2,5; В 3,5 (предел прочности 2,5-5 МПа). Коэффициент теплопроводности у теплоизоляционного арболита 0,08-0,095, а у конструкционного 0,105-0,17 Вт/м  °С.

Арболит био- и огнестоек, обладает хорошими звуко- и теплоизоляционными свойствами, удерживает гвозди, морозостоек. Особенно экономически эффективно использование арболита для строительства малоэтажных зданий.

Фибролит. Строительный материал, изготовленный из смеси древесной стружки, портландцемента и химических добавок. Для фибролита из древесины преимущественно хвойных пород изготовляют стружку толщиной 0,25-0,5, шириной 2-6 мм. Стружку смешивают с вяжущим и добавками (хлористым кальцием, жидким стеклом и др.), затем смесь формируют и прессуют. Согласно ГОСТ 8928-81 фибролитовые плиты выпускают 3 марок: Ф-300 - теплоизоляционные; Ф-400 - теплоизоляционно-конструкционные и звукоизоляционные; Ф-500 - конструкционно-теплоизоляционные и звукоизоляционные (цифры в марке указывают плотность плит, кг/м³). Плиты изготовляют длиной 2400 и 3000 мм, шириной 600 и 1200 мм и толщиной 30-150 мм. Предел прочности плит при изгибе 0,35-1,3 МПа. В стандарте указаны нормы для модуля упругости, теплопроводности, водопоглощения, звукопоглощения. Фибролитовые плиты легко обрабатываются, био- и огнестойки, удерживают гвозди и имеют ряд других достоинств. Применяются для строительства каркасных домов.

Плиты цементностружечные (ЦСП). Это строительный материал, который изготовляют прессованием древесных частиц, (таких же, как для ДСтП) с портландцементом и химическими добавками. Плиты предназначаются для ограждающих конструкций деревянных домов, элементов полов и других строительных деталей. Согласно ГОСТ 26816-86 выпускают плиты 2 марок: ЦСП-1 и ЦСП-2 - в зависимости от уровня физико-механических показателей. Толщина плит 8-40, длина 3200 и 3600, ширина 1200 и 1250 мм. Плотность плит 1100-1400 кг/м³, предел прочности при изгибе для ЦСП-1 составляет 9-12 МПа, а для ЦСП-2 - 7-9 МПа. С увеличением толщины плиты прочность снижается. Регламентированы показатели и других физико-механических свойств. Учитывают плиты в квадратных метрах. Цементно-стружечные плиты водо-, морозо-, био-, огнестойки, нетоксичны, хорошо обрабатываются.

Ксилолит. Это строительный материал, состоящий из смеси опилок или древесной муки с магнезиальным вяжущим. Используется в виде плиток для покрытия полов, отделки стен и других целей. Ксилолит - износостойкий, негорючий, водоупорный материал высокой прочности.

 

 

Модифицированная древесина

 

Модифицированной называют цельную древесину с направленно измененными физическими или химическими методами и свойствами. Согласно ГОСТ 23944-80 и ГОСТ 24329-80 различают 5 основных способов модифицирования и соответствующие виды продукции.

Древесина термомеханической модификации, или прессованная древесина (ДП). При прессовании предварительно пропаренной или нагретой древесины в плоскости поперек волокон происходит изменение макроструктуры древесины, увеличение плотности и улучшение показателей связанных с ней свойств. Работы по термомеханической модификации, проведенные Воронежским лесотехническим институтом, ЛТГА им. С. М. Кирова и другими организациями, позволили предложить различные технологические процессы и приемы получения уплотненной древесины.

Прессованную древесину целесообразно получать, используя мягкие лиственные породы, а в ряде случаев хвойные и даже твердые лиственные породы. Требования к сырью для изготовления ДП регламентированы ГОСТ 23551-79. Марки, размеры и показатели физико-механических свойств брусковых и досковых заготовок, а также цилиндров, втулок и т.д. из прессованной древесины установлены ГОСТ 24588-81 и ГОСТ 9629-81. Плотность ДП 800-1350 кг/м³.

Прессованная древесина имеет в несколько раз большую прочность, твердость и ударную вязкость, чем натуральная, обладает достаточно хорошими антифрикционными свойствами и может быть использована для изготовления подшипников вместо бронзы, баббита и других металлов. Прессованная древесина хорошо гасит вибрации, имеет способность поглощать абразивные частицы, что предохраняет от повреждения валы. В ходе прессования древесина разбухает, и задержанные деформации возвращаются. Однако в некоторых случаях разбухание и распрессовка ДП могут оказаться полезными, например в уплотнительных устройствах гидравлических машин. Прессованная древесина применяется для изготовления втулок опорных катков, шестерен, паркета и других целей. Прессованную древесину можно дополнительно модифицировать, наполняя ее маслами, металлами, полимерами, главным образом с целью улучшения ее свойств как антифрикционного материала.

При химико-механической модификации древесину предварительно (или одновременно) обрабатывают аммиаком, мочевиной или другими веществами, а затем уплотняют. Разработана технология получения лигнамона - материала из древесины, подвергнутой обработке аммиаком, прессованию и сушке.

Предварительная химическая обработка вызывает изменение свойств клеточных стенок, древесина пластифицируется, ей легко придать новую форму. Пластифицированная аммиаком древесина поглощает воду, разбухает и распрессовывается. Воздействием повышенной температуры можно уменьшить эти недостатки. Показатели физико-механических свойств заготовок из лигнамона приведены в ГОСТ 9629-81. Из цельной пластифицированной аммиаком прессованной древесины изготовляют детали мебели, паркет, музыкальные инструменты. Модифицированную мочевиной прессованную древесину (дестам) используют для покрытия полов.

Древесина термохимической модификации - это материал, получаемый пропиткой древесины мономерами, олигомерами или смолами и последующей термообработкой для полимеризации или поликонденсации пропитывающего состава.

В некоторых случаях наблюдается химическая прививка модификатора к полимерным компонентам древесины. Древесину пропитывают чаще всего фенолформальдегидными смолами, например, в виде водного раствора фенолоспиртов, смолами фуранового типа, полиэфирными смолами и др.

Модификация древесины синтетическими смолами снижает ее гигроскопичность, водопоглощение и водопроницаемость, уменьшает разбухание, повышает прочность, жесткость и твердость, но часто снижается ударная вязкость. Разработаны рецептуры смол, которые позволяют получить необходимое улучшение свойств без увеличения хрупкости материала: созданы трудногорючие и биостойкие материалы. Модифицированная этим способом древесина используется в строительных конструкциях, мебельном, лыжном производствах.

При модификации древесины радиационно-химическим способом полимеризация введенных в древесину веществ происходит под воздействием ионизирующих излучений. Древесину пропитывают метилметакрилатом, стиролом, винилацетатом, акрилонитрилом и другими мономерами, а также их смесями. Такой способ модификации улучшает формоустойчивость, механические и эксплуатационные свойства древесины. Модифицированная древесина используется для паркета, деталей машиностроения и других целей.

Древесина химической модификации - древесина, подвергнутая обработке аммиаком, уксусным ангидридом или другими веществами, изменяющими тонкую структуру и химический состав древесины. Обработка аммиаком повышает податливость древесины, под его воздействием древесина самоуплотняется при сушке, изменяет цвет.

Обработку уксусным ангидридом проводят с целью ацетилирования древесины, т.е. введения ацетильных групп в состав ее химических компонентов. У ацетилированной древесины лишь несколько изменяются механические свойства, но существенно снижаются водо- и влагопоглощение, разбухание и усушка. Ацетилированную древесину целесообразно использовать для изготовления изделий повышенной формоустойчивости.