ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВИДА И РАЗМЕРОВ ДРЕВЕСНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ НА СВОЙСТВА ГИПСОСТРУЖЕЧНЫХ ПЛИТ

STUDY OF THE INFLUENCE OF TYPE AND SIZE OF THE WOOD FILLERS ON THE GYPSUM PARTICLE BOARD PROPERTIES

кандидат технических наук,

доцент кафедры механической технологии древесины Лавлинская О.В. студент группы ТД2-093-ОС Сухорукова С.С. студент группы ТД2-093-ОС Лазарева В.А. студент группы ТД2-093-ОС Струкова Т.Ю. студент группы ТД2-093-ОС Мельникова Е.И.

ФГБОУ В ПО «Воронежская государственная лесотехническая академия» Lavlinskaya O.V., Sukhorukova S. S., Lazareva V.A., Strukova T.Y., Melnikova E.I.

FSBEIHPE «Voronezh State Academy of Forestry and Technologies» Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script , Этот адрес e-mail защищен от спам-ботов. Чтобы увидеть его, у Вас должен быть включен Java-Script

DOI: 10 Л2737/2990

Abstract. The article investigates the possibility of using wood waste in wood processing enterprises as a filler in the manufacture gypsum particle boards. In this paper we evaluated the effect of the dimensions of the fractional composition and pH value of chips and sawdust on the physical and mechanical properties of GSP.

Keywords: gypsum, shavings, sawdust, woodworking waste, gypsum particle board, pH, fractional composition, mode properties.

Одним из видов древесно-минеральных композиционных материалов являются гипсостружечные плиты (ГСП). Это новый материал для Российского рынка. До недавнего времени, в нашей стране выпускались только гипсоволокнистые плиты, которые изготавливаются из гипсового вяжущего и распушенной до элементарных волокон целлюлозной макулатуры, а также гипсокартонные плиты. Изначально концепция производства ГСП была разработана в Германии фирмой «Bison» [1]. В дальнейшем гипсостружечные плиты выпускались в Финляндии компанией «Sasmox», которая выкупила патент на их производство у немцев и вскоре инновационный материал, состоящий из стружки и гипсового вяжущего стал иметь большой спрос по всей Европе.

Потребность российского рынка в строительных материалах на основе гипса подтолкнула руководителей Пешеланского гипсового завода на создание нового цеха, оборудованного специально для выпуска гипсостружечных плит. Линия была запущена в 2010 г. и на данный момент ПГЗ «Декор-1» является единственным производителем ГСП в России.

ГСП могут использоваться как строительно-отделочный материал для облицовки стен, пола, потолка, устройства межкомнатных перегородок и легких стен в зданиях и помещениях с сухим и нормальным влажностными режимами. Ее неоспоримые преимущества - прочность и практичность, высокие показатели пожаробезопасности и огнестойкости, экологичность, биостойкость и многие другие факторы. ГСП - материал, прекрасно поддающийся механической обработке. Они отлично пилятся, сверлятся, хорошо удерживают гвозди и шурупы. Благодаря высокому содержанию органического наполнителя (опилки или стружка) они имеют отличные показатели звукопоглощения. Все вышеприведенные свойства позволяют назвать гипсостружечную плиту лучшим, на данный момент, аналогом гипсокартона.

Всех этих характеристик ГСП достигает путем сочетания в ней лучших свойств гипса и древесины. Производство ГСП осуществляется полусухим методом, при котором влажная смешанная масса гипсового вяжущего и древесных стружек располагается на стальных листах, после чего прессуется и высушивается. Наружная поверхность получается при этом светлой, гладкой и уплотненной.

Целью данной работы явилось установление влияния вида и размеров применяемого древесного наполнителя на физико-механические показатели плит. Для этого прессовали ГСП при одинаковых режимах, но с использованием в качестве наполнителя стружки и опилок разных пород с различным фракционным составом.

Из литературных данных известно, что при производстве различных композиционных материалов предъявляются различные требования к используемым древесным наполнителям. Например, для получения высококачественных цементно-стружечных плит должна использоваться специально изготовленная стружка определенных размеров желательно хвойных пород, для производства арболита, древесно-прессовочных масс может использоваться стружка-отходы, а для производства ксилолита, опилкобетона, гипсоопилочных блоков могут применяться отходы - опилки [2].

Для проведения экспериментов в качестве вяжущего использовали гипс строительный марки Г- 6. Партия гипса имела следующие свойства: нормальная густота гипсового теста (водопотребность) достигалась при В/Г отношении равном 0,52; сроки схватывания гипсового теста: начало - 15 минут, конец - 18 минут 22 секунды.

В качестве наполнителя использовались: стружка - специально полученная на стружечных станках барабанного типа ДС-6, ДС-8; стружка-отходы - отходы, полученные в процессе обработки древесины на строгальных, фрезерных и других станках, имеющие ширину не более 15 мм и толщину не более 2 мм; опилки - отходы, полученные в результате пиления древесины, представляющие собой частицы шириной и толщиной 0,5-4,5 мм.

Для плиты № 1 использовали крупную игольчатую стружку лиственных пород, специально изготовленную на предприятии по производству ДСтП для внутренних слоев 3-х слойных плит. Для плиты № 2 использовали опилки хвойных пород, отобранные из отходов лесопильного производства. Для плиты № 3 использовали стружку-отходы лиственных пород, отобранную из отходов д/о производства. Для плиты № 4 использовали мелкую игольчатую стружку лиственных пород, специально изготовленную на предприятии по производству ДСтП для наружных слоев 3-х слойных плит.

Перед прессованием плит мы определили водородный показатель pH используемой стружки и опилок. Для этого опилки и стружку просеивали через сито с диаметром отверстий в свету 2 мм. Взвешивали по 10 г отсеянных древесных частиц и помещали их в 100 мл дистиллированной воды. После выдержки их при температуре 20°С в течение 24 ч растворы отфильтровывали от опилок и определяли с помощью pH-метра их водородный показатель. Полученные результаты приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Водородный показатель pH древесных частиц разных партий и гипса

Вид древесных частиц Показатель

Изготовленная стружка лиственных пород

Опилки хвойных пород

Стружка-отходы лиственных пород

pH

5,3

4,9

5,25

Из таблицы видно, что древесина хвойных пород имеет более кислую реакцию среды, чем лиственных пород. Древесины лиственных пород разных партий имеет практически одинаковые значения pH. Также определяли pH гипса строительного рН=6,54, что является слабокислой средой, близкой к нейтральной.

Для древесных наполнителей разного вида был определен фракционный состав. Для этого 100 г древесных частиц помещали в верхнее сито составленного набора лабораторных сит (№ 10, № 7, № 5, № 3, № 2, №1, № 0,5, № 0,25) и рассеивали по фракциям при помощи ситового анализатора типа Гр-32. Далее определяли остаток на каждом сите в %. Данные приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Фракционный состав стружки разных партий

Фракция

Стружка для плиты № 1

Опилки для плит № 2

Стружка - отходы для плиты № 3

Стружка для плиты № 4

>/10

9,4

-

-

-

10/7

17,9

-

-

-

7/5

15

0,04

-

-

5/3

33,7

0,05

0,04

0,06

3/2

18,4

0,12

15,9

13,52

2/1

9,6

26,02

40,5

39,12

1/0,5

1,0

21,72

17,7

27,12

0,5/0,25

0,4

45,72

17,6

26,12

0,25/0

0,9

15,82

8,6

0,36

Из таблицы 2 видно, что в партии №1 преобладает фракция 5/3 и основное количество стружки размерами 10/2; в партии № 2 преобладает фракция 0,5/0,25 и все количество опилок в партии размерами 2/0; в партии № 3 преобладает фракция 2/1 и основное количество стружки-отходов размерами 3/0,25; в партии № 4 также преобладает фракция 2/1 и основное количество стружки размерами 3/0,25.

Из полученных данных видно, что по партиям № 3 и № 4 имеющих сходный фракционный и породный состав, можно с большой точностью оценить, как вид древесного наполнителя (форма древесных частиц) окажет влияние на свойства ГСП.

Для оценки влияния размеров добавляемой стружки на физикомеханические свойства ГСП прессовали плиты размерами 390x350x16 мм и плотностью 1000 кг/ м в лабораторных условиях. Древесный наполнитель брали в количестве 25 %, гипс - 75%, В/Г= 0,52.

Были рассчитаны компоненты для изготовления 1 плиты. Необходимое количество стружки загружали в смеситель, далее вводили рассчитанное количество воды и перемешивали в течение 4 минут для равномерного распределения влаги, затем вводили гипс. После тщательного перемешивания гипсостружечную смесь выгружали из смесителя и формировали вручную ковер на стальных поддонах в формовочной рамке.

Прессовали гипсостружечные плиты по следующим режимам [3]: -температура прессования t=20 °С,

  • -удельное давление прессования Р=2,2 МПа,
  • -продолжительность прессования тпр=30 минут (рассчитывалась в зависимости от сроков схватывания и количества добавляемой воды).

Процесс твердения гипса сопровождается выделением тепла, и они разогреваются до температуры ~ 40-50 °С. После извлечения плит из пресса их оборачивали полиэтиленовой пленкой с целью увеличения воздействия благоприятной температуры на свойства гипса и выдерживали в течение 20 минут. Затем плиту высушивали до влажности 2-3% при t - 40° С.

Физико-механические свойства плит определяли после установления в них влажности 6-7 %, для этого их выдерживали при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха ~ 65 % в течение 7 суток до установления равновесной влажности. Полученные данные приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Влияние размеров стружки на физико-механические свойства ГСП

п/п

Разбухание по толщине за 2 ч вымачивания в воде> А*1, %

Водопогло-

щение,

AWo/o

Предел прочности при изгибе ^нзг, МПа

Предел прочности при растяжении перпен-дикулярно пласти плиты, °р, МПа

1

1,73

40,2

3,78

0,289

2

0,69

34,18

1,52

0,255

3

1,1

32,15

4,02

0,261

4

3,81

45,9

1,07

0,021

Проанализировав данные таблицы 3 можно сделать следующие выводы: наилучшие результаты предела прочности при изгибе плиты получены при использовании стружки-отходов д/о производства фракционного состава 3/0,25. Именно для этой партии значения аизг соответствуют показателям стандарта. Объяснить это можно тем, что у такой стружки больше торцовых поверхностей, а при изготовлении ГСП полусухим способом, когда вся вода вносится в стружку, она насыщается водой более равномерно и также равномерно отдает, содержащуюся в ней воду, обеспечивая более быстрое и одновременное твердение гипсостружечной массы. Также из таблицы 3 видно, что предел прочности при растяжении перпендикулярно пласти для плит №1, №2 и № 3 близкие значения, удовлетворяющие стандарту. Следует отметить, что практически при одинаковом фракционном и породном составе древесного наполнителя для плит № 3 и № 4, плита со стружкой-отходами по всем показателям удовлетворяет требованиям стандарта ТУ 5742-004-05292444-2010, а плита со специально изготовленной стружкой, используемой для производства ДСтП (для наружных слоев) не удовлетворяет, также по всем показателям. Плита №1, в составе которой крупная стружка, имеет высокую шероховатость поверхности, неоднородную структуру и при механической обработке ГСП деревообрабатывающими инструментами происходит вырыв крупной стружки. Плита №2, с опилками хвойных пород, имеет низкие показатели предела прочности при изгибе плиты, что можно объяснить слишком большой долей пылевидных частиц, которые в меньшей степени «армируют» плиту, и имея большую удельную поверхность, сильно оттягивают на себя влагу.

В заключении можно сделать вывод, что на основании полученных результатов можно рекомендовать для производства ГСП стружку - отходы д/о производств с фракционным составом 3/0,25, с преобладанием фракции 2/1.

Библиографический список

  • 1. Гипсостружечные плиты: экспресс информ.: заруб опыт.- М.: ВНИПИЭИлес- пром,1987. - С. 10-15- (плиты и фанера; Вып. 1).
  • 2. Мельникова, Л.В. Технология композиционных материалов из древесины: учебник.- М. : МГУЛ, 1999. - 226 с.
  • 3. Лавлинская, О. В. Изучение влияния различного соотношения компонентов на свойства гипсостружечных плит / О. В. Лавлинская, Н. Ю. Неделина; // Современные технологические процессы получения материалов и изделий из древесины: материалы международной научно-технической конференции / под ред. проф. А. О. Сафонова; ФГОУ ВПО "Воронежская государственная лесотехническая академия". - Воронеж, 2010. - С. 179-181.

УДК 674:691.14

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >