АРХИТЕКТУРА И СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 674.81

АНАЛИЗ ЗАРУБЕЖНОГО ОПЫТА В РАЗРАБОТКЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ ДРЕВЕСИНЫ

THE ANALYSIS OF FOREIGN EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT OF COMPOSITE MATERIALS BASED ON WOOD

Аксомитный A.A., аспирант кафедры промышленного транспорта, строительства и геодезии

Дворникова Л.В., ст. преп. кафедры иностранных языков

ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»

Россия, Воронеж DOI: 10.12737/4560

Аннотация: статья представляет анализ научной литературы на немецком языке, которая рассматривает вопросы разработки и использования композиционных материалов в современной промышленности.

Summary: the article is devoted to the analysis of the German scientific literature that deals with the development and use of the composite based on wood in the modem industry.

Ключевые слова: композиционный материал, полимерное связующее, древесина.

Keywords: composite material, polymeric binding, wood.

Композиционные строительные материалы (KCM) представляют собой многофазные системы, состоящие из двух или более мономатериалов с различными свойствами. Вследствие рационального сочетания нескольких исходных компонентов образуются новые материалы с заданными свойствами, не присущими исходным компонентам, но сохранившие, в то же время, индивидуальные особенности каждого из них [Худяков 2007].

В отличие от металлических сплавов отдельные физически соединенные составляющие сохраняют свои свойства, образуя при этом, вследствие физического или физико-химического взаимодействия, новые материалы с улучшенными свойствами, недостижимыми в отдельно взятых компонентах [Krenkel 2009].

Компонент, обладающий непрерывностью по всему объему, является матрицей. Другой компонент — прерывный, разделенный в объеме композиции, считается упрочняющим, или армирующим.

Матричными материалами могут быть металлы и их сплавы, керамика, неорганические и органические связующие.

Упрочняющими или армирующими компонентами чаще всего являются тонкодисперсные порошкообразные частицы или волокнистые материалы различной природы.

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.

Основным путем повышения эффективности производства композиционных материалов является разработка ресурсосберегающих технологий, предусматривающих использование древесных промышленных отходов.

Больших успехов в разработке композиционных материалов достигли немецкие ученые. М. Фрауенхофер, С. Бём и К. Дильгер из технического университета Брауншвайга изучают показатели клеевого шва волокнистых материалов [Frauenhofer, Bohm, Dilge 2009]. В статье "Начальная фиксация клеёв в волокнистых композиционых материалах" (Anfangsfixierung von Klebungen im Faserverbundbereich) рассмариваются два разных контактных клея и два клея на эмальной основе, их реакции в отношении пригодности начальной фиксации. Анализируются как механические, так и реологические свойства этих клеев в отношении потенциала схватывания [там же].

Рисунок 1 отчетливо иллюстрирует, что как максимальная, так и обратная деформация больше у клея PSA 2 чем PSA 1. Контактный клей PSA 2 обладает, таким образом, более высоким показателем ползучести, чем контактный клей PSA 1 и, как следствие, менее подходит для начальной фиксации [там же].

Ползучесть контактных клеев PSA 1 и PSA 2

Рисунок 1 - Ползучесть контактных клеев PSA 1 и PSA 2

Ученые из строительного университета Веймара М. Гобель и Ф. Вернер занимаются профессиональной экспертизой разных клеевых и волокнистых систем [Gobel, Werner 2009]. Анализ поведения клеевого соединения происходит экспериментально и численно в различных микро- и макромоделях. При этом устанавливаться положительные качества комбинированного волокнистого материала. Волокнисто-усиленные клеи показывают помимо хороших физико-механических свойств высокие показателели адгезиии по отношению к материалам со свинцовым напылением. Это обеспечивает возможность применения данного клея в разных областях. В ФРГ волокнисто-усиленный клей используется при изготовлении окон и как арматура в бетонных сооружениях [там же].

Рисунок 2 показывает типичную картину испытания предельной нагрузкой угла оконной рамы, произведенного технологией напыления.

Поверхность излома профильного угла произведенного из укрепленного свинцовым напылением стекловолокна (PP-Spritzguss)

Рисунок 2 - Поверхность излома профильного угла произведенного из укрепленного свинцовым напылением стекловолокна (PP-Spritzguss)

Испытания состава с эпоксидной смолой дают очень хорошие результаты с точки зрения жесткости (Е> 18 000 Н / мм 2) и характера разрушения [там же].

С. Зигель из института керамических технологий и систем имени Фраунхофера изучает древесно-керамические композиционные материалы [Siegel 2009]. В своей статье «Керамические модули тонкостенной конструкции с высокой геометрической переменностью» он рассматривает особенности данного материала и сложности, возникающие при производстве изделий из него.

Для оптики, теплотехники и строительства сооружений предлагается использовать новый биогенный керамический композит - СМС-материал. До сих пор экономически не обоснованы размеры и стоимость производства. В качестве примера на рисунке 3 представлены регулировочные кольца из древесного волокна и SiSiC-керамики.

Потенциал тонкостенной конструкции и высокая тепловая стабильность керамических материалов востребованы при производстве точных устройств. Рисунок 4 демонстрирует модельное исследование биогенного керамического вогнутого зеркала.

Биогенные кольца SiSiC на основе дисков МДФ

Рисунок 3 - Биогенные кольца SiSiC на основе дисков МДФ

Композиционное биогенное керамическое вогнутое зеркало на основе склеенных древесноволокнистых плит МДФ; 0 300 мм х 75 мм

Рисунок 4 - Композиционное биогенное керамическое вогнутое зеркало на основе склеенных древесноволокнистых плит МДФ; 0 300 мм х 75 мм

Керамические материалы наряду с превосходной термостойкостью, коррозионной стойкостью и прочностью имеют большой потенциал в качестве сырья при изготовлении тонкостенных конструкций. Решающей предпосылкой для этого является высокий модуль упругости и незначительный коэффициент теплового расширения. К недостаткам такого материала относятся производственные издержки, которые часто ограничивают желаемое использование керамической структуры в машиностроении и строительстве сооружений [там же].

Таким образом, изучение немецкой специальной литературы, позволяет прийти к выводу, что изучение композиционных материалов с применением древесных отходов является актуальным в долгосрочной перспективе.

Библиографический список

  • 1. Худяков В.А. Современные композиционные материалы / В.А. Худяков, А.П. Порошин, С.Н. Кислицына. -Ростов н/Д : Феникс, 2007.-220 с.
  • 2. Frauenhofer М. / Anfangsfixierung von Klebungen im Faserverbundbereich / M. Frauenhofer, S. Bohm, K. Dilge/ Verbundwerkstoffe. - WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2009. - S. 319 - 325.
  • 3. Gobel M. Faserversturkte Klebstoffe - Betrachtung der

Verbundtragwirkung / M. Gobel, F. Werner. - Bauhaus-Universitat Weimar / Verbundwerkstoffe. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2009. - S. 326-333.

  • 4. Krenkel W. Vorwor / W. Krenkel // Verbundwerkstoffe. - WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2009. - 744 S.
  • 5. Siegel S. Keramische Leichtbaumodule mit hoher geometrischer Variability / S. Siegel Fraunhofer - Institut fur Keramische Technologien und Systeme, Dresden / Verbundwerkstoffe. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, 2009. -S. 241-248.

УДК 66.013.51+37.013

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >