ВВЕДЕНИЕ

Начать хотелось бы словами Владимира Владимировича Путина, которыми он открыл совещание по вопросу стимулирования переработки отходов производства и потребления в середине прошлого года: «Мы сегодня поговорим по проблеме, казалось бы, достаточно примитивной и утилитарной, в прямом и переносном смысле этого слова, поговорим об утилизации отходов. Между тем, это важнейшая проблема и для решения проблем, связанных с экологией, это безопасность для граждан, это качество жизни миллионов людей...».

Согласно данным, приведенным на совещании, объем накопленных отходов в России составляет около 90 миллиардов тонн. Большая часть из них не имеет собственника.

По данным на февраль 2014 года, объем заготавливаемой древесины в России составляет 200 млн кубометров в год.

При переработке древесины на пиломатериалы выход продукции в среднем определяется в 65 %, а 35 % составляют отходы в виде горбыля (14 %), опилок (12 %), срезок и мелочи (9 %) (рис. 1).

Древесина - это универсальный и общедоступный материал. Ни для кого не секрет, что она имеет довольно ограниченный срок службы и очень подвержена воздействию всевозможных агрессивных природных факторов. В результате изготовления изделий из нее образуется большое количество отходов в виде стружки и опилок, щепы и т. д. К тому же она имеет высокую себестоимость. Именно этим объясняется желание людей найти заменитель древесины, схожий по свойствам, но превосходящий ее по качеству.

Уверенно можно сказать, что в качестве такого заменителя может выступать только композиционный материал (КМ). КМ представляют собой многофазные системы, состоящие из двух или более мономатериалов с различными свойствами.

Вследствие рационального сочетания нескольких исходных компонентов образуются новые

Процентное соотношение деловой древесины и отходов при распиле бревен

Рис. 1. Процентное соотношение деловой древесины и отходов при распиле бревен

материалы с заданными свойствами, не присущими исходным компонентам, но сохранившие, в то же время, индивидуальные особенности каждого из них [1].

Один из компонентов, обладающий непрерывностью по всему объему, является матрицей. Другой компонент - прерывный, разделенный в объеме композиции, считается упрочняющим, или армирующим.

Матрица обеспечивает монолитность композита, фиксирует форму изделия и взаимное расположение армирующих волокон, распределяет действующие напряжения по объему материала, обеспечивая равномерную нагрузку на волокна и ее перераспределение при разрушении частиц волокон. Материал матрицы определяет метод изготовления изделий, возможность выполнения конструкций заданных габаритов и формы, параметры технических процессов и т. д.

Компоненты композиционных материалов должны обладать хорошей совместимостью. Это относится не только к прочности сцепления (адгезии) между разными составляющими, но и к ряду других свойств [1].

Цель создания КМ - улучшение механических, тепло физических или иных свойств по сравнению со свойствами исходных компонентов, а также повышение химической стойкости, долговечности и т. п. или снижение себестоимости материалов, в том числе и за счет применения различных отходов.

Отходы - вещества (или смеси веществ), признанные непригодными для дальнейшего использования в рамках имеющихся технологий или после бытового использования продукции [2].

Настоящая работа посвящена созданию композитов на основе вторичных полимеров и дисперсных древесных наполнителей, состоящих из отходов лесной промышленности; исследованию закономерности формирования структуры этих композитов; изучению физико-механических и других свойств получаемых композитов с целью оптимизации их состава и конструктивно- технологических параметров процесса переработки; созданию новых древесно- минерально-полимерных изделий, изучению их эксплуатационных свойств и определению областей рационального использования.

В основе развития производства композиционных материалов находится выпуск конкурентоспособной продукции широкого ассортимента в объемах, обеспечивающих потребности внутреннего рынка России, а также экспорта продукции. Данное направление в полной мере соответствует государственной внешнеэкономической политике (в связи со вступлением в ВТО) и является основным направлением развития лесопромышленного комплекса. В настоящее время перед отечественным производством древесных композиционных материалов стоят задачи по восстановлению и увеличению объемов производства, повышению качества и конкурентоспособности выпускаемой продукции, организации эффективной переработки образующихся отходов. Решение этих задач основано на разработке новых и совершенствовании имеющихся технологий современного производства композиционных материалов. Основным путем повышения эффективности производства композиционных материалов является разработка ресурсосберегающих технологий, предусматривающих использование древесных промышленных отходов.

Актуальность работы определяется двумя основными критериями:

  • - во-первых, наличием огромного количества зачастую брошенных отходов лесозаготовительной и деревоперерабатывающей промышленности, а также бытовых отходов в виде пластиковых бутылок (рис. 2);
  • - во-вторых, перспективностью создания на основе этих отходов нового композиционного конструкционного материала для замены им традиционных - древесины и железобетона.

Наибольший сегмент рынка на данный момент занимают изделия из бетона, железобетона и древесины.

Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании и разработке ресурсосберегающей технологии создания новых видов древесных композиционных материалов на основе древесных отходов и полимерных вяжущих.

Техническая значимость работы заключается в создании экологически чистого материала; разработке оптимальных составов древесного композиционного материала; выполнении опытно-экспериментальной проверки новых технических решений; повышении прочностных характеристик композиционных материалов на основе древесных отходов; повышении водо- и биостойкости, улучшении физико-механических свойств КМ.

Виды отходов

Рис. 2. Виды отходов: а - щепа, б - стружка, в - флексы, г - пластиковая тара (бутылки)

Цель работы состоит в разработке ресурсосберегающих технологий производства древесно-наполненных композитов на основе полимерных вяжущих путем модификации структуры и состава древесного наполнителя (возможно, и полимерной матрицы) физико-химическими методами.

В связи с этим в настоящей работе были поставлены следующие задачи:

  • 1. Анализ существующих способов обработки древесного наполнителя, а также обзор современного состояния композиционных материалов на основе древесины;
  • 2. Модификация древесины, направленная на снижение водопоглощения;
  • 3. Экспериментальная оценка воздействия способа охлаждения готовых изделий из ДППК (древесный полимер-песчаный композит) на физические свойства, химический состав и структуру древесного наполнителя;
  • 4. Разработка математической модели, позволяющей прогнозировать прочностные свойства композиционного материала на основе древесных частиц и полимерного вяжущего в зависимости от рецептуры, а также режимов обработки древесного сырья;
  • 5. Разработка рекомендаций по совершенствованию технологических процессов производства древесных композиционных материалов, обеспечивающих повышение экономической эффективности производства вследствие улучшения физико-механических характеристик продукции и возможности придания композитам специальных свойств;
  • 6. Возможность использования древесных полимер-песчаных композиционных материалов в транспортном строительстве.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >