Исследование применения древесного опила для производства полимерных композитов

Кулаженко Юлия

Исследование применения древесного опила для производства полимерных композитов

Изучалась возможность применения отходов лесозаготовительных и деревообрабатывающих производств, в виде древесных опилок, для производства древесно-полимерных композитов с термопластичной полимерной матрицей (ДПКт), используя их в качестве наполнителя. Практическая значимость. На основе полученных экспериментальных данных физико-механических показателей полученных образцов ДПКт с применением древесных опилок разных пород древесины, разработаны рекомендации, которые можно использовать на предприятиях по производству данного рода материалов.

Лесная и деревообрабатывающая промышленность

Диссертации

Вуз: Уральский государственный лесотехнический университет

ID: 5f4bedd4cd3d3e00017efbba

UUID: 59b75180-cd1b-0138-25c9-0242ac180006

Язык: Русский

Опубликовано: больше 3 лет назад

Просмотры: 86

11.72

Кулаженко Юлия

Уральский государственный лесотехнический университет

Комментировать 0

Рецензировать 0

Скачать - 1,9 МБ

Поделиться работой

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО Уральский государственный лесотехнический университет Институт _____________ЛЕСНОГО БИЗНЕСА_____________________________ Кафедра __Технологии и оборудования лесопромышленного производства______ Направление __35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств»________________ Профиль_______________Лесоинженерное дело___________________ ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА вид работы ___________ магистерская диссертация ____________________ (дипл. проект, дипл. работа, магистр. диссертация) на тему: Исследование применения древесного опила для производства полимерных композитов Выпускник ___Кулаженко Юлия Маратовна___ (фамилия, имя, отчество) Руководитель _____Уразова А. Ф.___ ________________ (подпись) ________________ (фамилия, инициалы) Зав. кафедрой ____Якимович С.Б.___________ (фамилия, инициалы) Екатеринбург 2020 (подпись) ________________ (подпись)

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО Уральский государственный лесотехнический университет Институт _________лесного бизнеса___________________________________________ Направление_35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих _________________________________производств»_________________________________ _ Профиль _______Лесоинженерное дело__________________________________________ Фамилия_____Кулаженко_________________________________________________________ Имя_________Юлия____________________________________________________________ Отчество_____Маратовна_________________________________________________________ ТЕМА ВЫПУСКНОЙ КВАЛИФИКАЦИОННОЙ РАБОТЫ «Исследование применения древесного опила для производства полимерных композитов» утверждена приказом ректора № 2487-ст от «29» ноября 2018г. Кафедра С.Б.___ __________ТОЛП__________ Зав. кафедрой ________________/Якимович Руководитель _____Уразова Алина Флоритовна___________________________________ Консультант(ы) ___Шкуро Алексей Евгеньевич___________________________________ _________________Глухих Виктор Владимирович_________________________________ Рецензент _____ ___Глухих Виктор Владимирович _________________________________ Работа начата ______25.09.2018_________________________________________________ Решением кафедры от «___» ___________2020 г. выпускник допущен к защите выпускной квалификационной работы. Директор _ИЛБ___ Шишкина Е.Е. _______________ Зав. кафедрой _ТОЛП___Якимович С.Б.__ _______________ «_____»_______________20__г. 2

РЕШЕНИЕ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ЭКЗАМЕНАЦИОННОЙ КОМИССИИ Признать, что выпускник __Кулаженко Юлия Маратовна__ выполнил(а) и защитил(а) выпускную квалификационную работу с оценкой _____________________________________ Председатель ГЭК _______________ ___Медовщиков В.Ф. (инициалы, фамилия) (подпись) Секретарь ГЭК _______________ ____Ефимов Ю.В.__ (инициалы, фамилия) (подпись) МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГБОУ ВО Уральский государственный лесотехнический университет Институт _____ лесного бизнеса________________________________________ Кафедра __ Технологии и оборудования лесопромышленного производства____ Направление __35.04.02 «Технология лесозаготовительных и деревоперерабатывающих производств» Профиль ______Лесоинженерное дело___________________________________ УТВЕРЖДАЮ: Зав. кафедрой ТОЛП _Якимович С.Б._ ___________________(подпись) «______»________________20___г. ЗАДАНИЕ НА ВЫПУСКНУЮ КВАЛИФИКАЦИОННУЮ РАБОТУ ВЫПУСКНИКА ______________Кулаженко Юлии Маратовны_____________ (фамилия, имя, отчество) 1. Вид работы __________ магистерская диссертация ______________________________ (дипл. проект, дипл. работа, магистр. диссертация ) 3

2. Тема работы: «Исследование применения древесного опила для производства полимерных композитов» утверждена приказом ректора № 2487-ст от «29» ноября 2018г. 3. Срок сдачи выпускником законченной работы____23.06.2020г._______________ 4. Исходные данные: план эксперимента; технические характеристики исходного сырья. 5. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов): Актуальность производства древесно-полимерных композитов с термопластичной полимерной матрицей, по сравнению с изделиями из дерева; использование альтернативного сырья; использование альтернативного промышленного оборудования; сохранение физико-механических показателей при разном содержании древесных опилок, разных пород древесины в составе ДПКт, используя его в качестве наполнителя; сравнение физикомеханических показателей полученных ДПКт. 6. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей) 7. Консультанты по работе, с указанием относящихся к ним разделов: Раздел Выбор и обоснование направления исследований Экспериментальная часть Анализ результатов эксперимента Технологическая часть ФИО консультанта Подпись, дата Задание выдал Задание принял Шкуро А. Е. Шкуро А. Е. Глухих В. В. Глухих В. В. 8. Календарный план № п/п Наименование этапов работы 1. 2. 3. 4. 5. 6. Выбор направления исследований Обоснование актуальности исследований Составление плана эксперимента Экспериментальная часть Обработка результатов эксперимента Исследование возможности технологического процесса Обработка полученных результатов Оформление ВКР 7. 8. Срок выполнения этапов Примечание работы 25.09.2018 – 25.10.2018 25.10.2018 – 30.11.2018 30.11.2018 – 16.12.2018 16.12.2018 – 10.10.2019 10.10.2019 – 30.11.2019 30.11.2019 – 17.03.2020 17.03.2020 – 20.05.2020 20.05.2020 – 23.06.2020 9. Дата выдачи задания «20» сентября 2018 г. Руководитель выпускной квалификационной работы ___________ ___Уразова А. Ф. (подпись) (фамилия, инициалы) Задание принял к исполнению 4 __________ __Кулаженко Ю. М. (подпись) (фамилия, инициалы)

СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 8 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ......................................................................... 12 1.1 Классификация ДПКт .............................................................................. 12 1.2 Состав и свойства ДПКт .......................................................................... 14 1.3 Применение изделий из ДПКт ................................................................ 18 1.3.1 Строительство ..................................................................................... 18 1.3.2 Автомобилестроение ............................................................................. 22 1.3.3 Производство мебели ............................................................................ 22 1.3.4 Ландшафтное строительство и архитектура ....................................... 23 1.4 Сырье для производства ДПКт ............................................................... 24 1.4.1 Наполнители растительного происхождения.................................. 24 1.4.2 Термопластичные полимеры............................................................. 25 1.5 Технологии получения ДПКт .................................................................. 26 2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ .......... 33 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ ................................................................. 37 3.1 Характеристика исходного сырья и материалов ...................................... 37 3.2 Приборы и оборудование ............................................................................ 39 3.3 Приготовление древесно-полимерных смесей ......................................... 40 3.3.1 Смешение компонентов ДПКт. ............................................................ 40 3.3.2 Получение изделий из ДПКт методом вальцевания .......................... 41 3.3.3 Получение изделий из ДПКт компрессионным прессованием......... 42 3.4 Методы испытаний изделий из ДПКт ....................................................... 44 5

3.4.1 Определение прочности при консольном изгибе на приборе «Динстат-Дис»................................................................................................. 44 3.4.2 Определение ударной прочности (вязкости) ...................................... 47 3.4.3 Определение ударной вязкости на приборе «Динстат-Дис» ............. 47 3.4.4 Определение твердости вдавливанием шарика .................................. 48 3.4.5 Определение плотности образцов ДПКт ............................................. 50 3.4.6 Определение водополощения ............................................................... 51 4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПРЕРИМЕНТА............................................ 52 4.1 Получение математической модели влияния входных факторов на плотность ДПКт ................................................................................................. 53 4.1.1 Парный корреляционный анализ результатов экспериментов ......... 53 4.1.2 Регрессионный анализ результатов экспериментов........................... 55 4.2 Получение математической модели влияния входных факторов на твёрдость по Брюнеллю ДПКт ......................................................................... 55 4.3 Получение математической модели влияния входных факторов на плотность ............................................................................................................ 58 4.4 Получение математической модели влияния входных факторов на модуль упругости ............................................................................................... 60 4.5 Получение математической модели влияния входных факторов на число упругости ............................................................................................................ 62 4.6 Получение математической модели влияния входных факторов на прочность при изгибе ........................................................................................ 64 4.7 Получение математической модели влияния входных факторов на ударную вязкость .............................................................................................. 66 4.8 Получение математической модели влияния входных факторов за 24 часа водопоглощения......................................................................................... 68 6

4.9 Получение математической модели влияния входных факторов водопоглощения 7 суток.................................................................................... 70 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ....................................................................... 73 5.1 Характеристика готовой продукции .......................................................... 73 5.2 Характеристика исходного сырья .............................................................. 74 5.3 Условия хранения и транспортировки исходного сырья......................... 76 5.4 Технологический процесс производства ................................................... 77 5.5 Технологический контроль производства террасной доски из ДПКт.... 79 5.6 Виды брака продукции, его причины и методы устранения ................... 80 5.7 Безопасное ведение процесса ..................................................................... 81 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 84 СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ ........................................................ 86 7

ВВЕДЕНИЕ Древесина — один из самых широко применяемых, универсальных, эстетичных и возобновляемых материалов, доступных человечеству. Тысячелетиями люди использовали дерево в самых разнообразных целях: в строительстве, для производства средств передвижения (лодок, телег, аэропланов), музыкальных инструментов, орудий труда, оружия, топлива, мебели, лекарств, бумаги, а также в качестве сырья для химической промышленности. Здоровье и качество лесных массивов имеют чрезвычайно важное значение в борьбе с глобальным изменением климата, вызванным повышением уровня углекислого газа. Древесина — относительно экономичный материал, особенно в регионах, богатых лесными ресурсами. Древесина обладает хорошими теплоизоляционными свойствами, поэтому ее часто используют при строительстве зданий, так как она позволяет сохранять тепло и тем самым сокращать расходы на электроэнергию. На сегодняшний день, остро стоит вопрос о сохранении лесных ресурсов. Это можно осуществить только при получении достойного аналога. При этом, не теряя основных свойств древесины. Таким материалом является древесно-полимерный композит, который можно производить из отходов деревообрабатывающих и лесозаготовительных производств, тем самым сохраняя лесной запас. Древесно-полимерные композиты с термопластичной полимерной матрицей (ДПКт) – один из наиболее перспективных современных материалов, отличающийся экономичностью производства, технологичностью переработки, высокими эксплуатационными характеристиками и широким диапазоном применений. Причинами активного развития этой группы материалов являются: • широкая и почти повсеместная доступность сырья; • хорошее соотношение ценовых и качественных показателей; 8

• возможность использования высокопроизводительных методов производства; • экструзии, литья и прессования; • очевидные экологические преимущества в производстве и при- менении; • долговечность изделий, низкие затраты на монтажные работы и эксплуатация (очистка, ремонт) [1]. На сегодняшний день объем мирового рынка древесно-полимерных композитов приближается к 3 млрд. долларов. Популярность материала можно объяснить рядом факторов, среди которых ключевыми являются: • дефицит первичных материалов – древесины и полимеров и зави- симость рынка полимеров от цены на нефть; развитие экологических программ, в рамках которых необходимо перерабатывать отходы производства и потребления; • высокие эстетические и физико-механическими свойства древес- но-полимерных композитов, уникальность материала с дизайнерской точки зрения [2]. Древесно-полимерный композит – это современный материал, исходный состав которого включает в себя три основных компонента, а именно: • частицы измельченной древесины; • синтетические или природные термопластичные органические полимеры или их смеси; • модификаторы, включение которых направлено на улучшение технологических свойств. Основным видом наполнителя в производстве древесно-полимерных композитов с термопластичными связующими (ДПКт) является древесная мука различных пород древесины [3]. Большое число исследований посвящено изучению возможности замены древесной муки на более дешевые наполнители растительного происхождения и различного вида отходы. 9

Одним из крупнотоннажных видов древесных отходов, является древесный опил, образующиеся при лесопилении и деревообработке. Был выполнен большой цикл исследований по изучению реологических свойств древесно-полимерных смесей (ДПС) с содержанием в них древесного опила до 60 % мас. Так, например в работах [4,5] исследовались реологические свойства расплавов полипропилена, наполненных сосновым опилом. В этих исследованиях рассмотрено влияние фракционного состава древесных частиц (2-5 мм), содержания (60-70%) и влажности опила (8-10%) на реологические свойства ДПС при температурах 180 – 240 °С и 200 – 400? °С. В патенте США [6] заявлен способ получения ДПКт из композиции термопластичных полимеров (полиэтилена, полипропилена и поливинилхлорида), содержащей 60-95 % мас. термопласта и 20-30 % мас. волокна, полученного из древесного опила. Древесно-полимерные смеси получали методом вальцевания, а затем их экструдировали с получением листов ДПКт. Полученные таким способом ДПКт рекомендуется использовать для внутреннего и наружного применения и в производстве мебели. Сафин Р.Г. с коллегами [7], изучая влияние состава ДПКт с полиэтиленовой (ПЭ) и полипропиленовой (ПП) матрицами установили, что увеличение содержания древесного опила в композите от 60 до 80 % незначительно влияет на его водопоглощение. Вид связующего играет существенную роль: у образцов, на основе ПП наблюдается меньшее водопоглощение за 24 ч, чем у образцов на основе ПЭ. Целью данной работы является, изучение возможности применения опила разных пород древесины с поливинилхлоридной полимерной матрицей для производства древесно-полимерных композитов (ДПКт). В задачи работы входило: • исследование влияние пород древесного опила на механические свойства ДПКт; • сравнение полученных ДПКт с уже изученными композитами; 10 физико-

• изучение возможности изготовления композитов с древесным опилом на производственных площадках, их рентабельность, экономичность и спрос предлагаемой продукции. 11

1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР 1.1 Классификация ДПКт Древесно-полимерные композиционные материалы в общей форме можно классифицировать следующим образом: I. По типу составных элементов: a) Крупноструктурные: • массивная клееная древесина; • слоистая клееная древесина; a) Мелкоструктурные (древесностружечные плиты, МДФ и т.п.); b) Комбинированные (может включать и крупноструктурные и мелкоструктурные элементы); c) Гибридные - включающие древесные и недревесные элементы и частицы (пленки, фольги, стекловолокно, базальтовое волокно, минеральные порошки и т.д.). II. По конечной геометрической форме продукта: • листы; • плиты; • доски, бруски и брусья; • профильные погонажные изделия; • изделия сложной формы (изогнутые и объемные, напр. литые). III. По виду связующего полимера (матрицы): a) По химическому виду материала матрицы: • на природных связующих; • на синтетических смолах (термореактивных и термопластичных); • на комбинированных связующих; b) По исходному физическому состоянию материала матрицы: • жидкое (раствор, эмульсия, дисперсия); • твердое мелкодисперсное (порошок); 12

• твердое, сформированное (напр. пленка, лист). IV. По применению и степени готовности: • готовые изделия; • сырье, полуфабрикаты и заготовки; • общего назначения; • специального назначения. V. По прочности: • не конструкционные (теплоизоляционные, звукоизоляционные); • низкой прочности (прочность меньше древесины); • прочные (на уровне древесины); • высокой прочности (выше уровня древесины); • особопрочные (много выше прочности древесины). VI. По стойкости к неблагоприятным воздействиям внешних факторов: • интерьерные; • атмосферостойкие, влаго- и водостойкие; • специальные (огнестойкие, химстойкие и т.д.). VII. По внешнему виду поверхностей: • технические; • декоративные. VIII. По характеру обработки поверхностей: • необработанные неокрашенные и окрашенные в массе (т.е. из машины); • шлифованные; • фактурированные (текстурированные); • отделанные, в т.ч. с имитационной отделкой; • облицованные, в т.ч. с последующей отделкой; IX. По характеру основного технологического процесса: • периодического производства (напр. прессование, литье); • непрерывного производства (напр. прокатка, экструзия и т.п.). 13

X. По технологической пластичности готового продукта: • не пластичные (напр. материалы на основе термореактивных смол); • пластичные (деформируемые). XI. По экологическим и санитарным свойствам: • безопасные в производстве, в применении, при утилизации; • не вполне безопасные. Учитывая многообразие видов, комбинаций и свойств композиционных материалов можно привести и еще много разных делений и подразделений. В крупноструктурных композитах размеры структурных элементов могут достигать нескольких метров. Крупноструктурные композиты обычно обладают выраженной анизотропией. В мелкоструктурных размеры элементарных частиц меньше этих величин, вплоть до нанометров. Мелкоструктурные ДПК могут иметь как упорядоченную, так и хаотичную структуру. В последнем случае их свойства более изотропны. В последнее время на российском рынке появляются новые импортные ДПК, которые можно отнести к среднеструктурным, например OSB, состоящие из равномерных высокоупорядоченных древесных фрагментов размером до 20 – 100 см [8]. 1.2 Состав и свойства ДПКт В настоящее время с развитием всех видов промышленности происходит и рост производства изделий из древесно-полимерных композитов. Достаточно большое предпочтение отдается именно этим материалам по причине их хороших механических и конструкционных свойств. ДПКт, предназначенные для переработки методом экструзии, состоят из трех основных компонентов: • частицы измельченной древесины (древесная мука, опил, волокна растительного происхождения) [9]; 14

• термопластичный полимер (полиэтилен, полипропилен и другие); • комплекс специальных добавок, называемых аддитивами, улуч- шающих технологические и другие свойства композиции и получаемой продукции. Древесная мука - мелкий сыпучий продукт, получаемый измельчением древесины. В качестве сырья для получения древесной муки могут использоваться, отходы деревообработки. К древесной муке, как правило, относят измельченную древесину с размером частиц менее 1,2 мм. Цвет муки может быть разным. Всё зависит от сорта древесины, из которого она изготовлена, из-за чего муку можно рассматривать как натуральный компаунд. Древесная мука без труда впитывает влагу, поддается фасовке в любую тару. Использование древесных отходов особенно актуально, поскольку в деревообрабатывающей промышленности России образуется ежегодно около 780-800 тыс. м³ измельченных отходов древесины [10]. Термопластичными называют полимеры, способные многократно размягчаться при нагревании и отвердевать при охлаждении. В производстве ДПКт могут использоваться любые термопластичные полимеры, однако на практике сейчас используются, в основном, три вида синтетических термопластичных смол: полиэтилен (ПЭ), полипропилен (ПП), поливинилхлорид (ПВХ). Соперничая с изделиями из цельной древесины, стоимость композитных материалов не должна превышать стоимость древесины больше чем, в 2–3 раза. Только три полимера (ПЭ, ПП, и ПВХ) способны вписаться в соответствующую ценовую категорию. Добавки используются для обеспечения хорошей экструзии и формования, совместимости полимера с древесной мукой, снижения трения между экструдируемой массой и рабочими механизмами, и т.п. Для придания изделиям из ДПКт специальных свойств в их состав вводят специальные добавки: антипирены (для повышения огнестойкости), биоциды (для повышения био15

стойкости), гидрофобизаторы (для повышения водостойкости) и другие. Выбор добавок так же влияет на качество конечного продукта, как и технологичность оборудования или сырье. При изготовлении ДПКт вводятся следующие добавочные компоненты: 1) Компатибилизаторы. Компатибилизаторами, называются хими- ческие соединения, повышающие совместимость полимерной матрицы и наполнителя. Компатибилизаторы способствуют лучшему диспергированию волокна наполнителя в полимерной матрице, повышают текучесть расплава композита и как следствие повышают механические свойства ДПК и эластичность. 2) Смазывающие вещества. Стеариновая кислота – самый распро- страненный вид смазки. Обеспечивает улучшенную влагостойкость ДПКт и ускоряет его экструзию в процессе производства. 3) Красители (пигменты). От красителей зависит цвет и внешний вид древесно-пластиковых досок. Они придают структуре и поверхности насыщенный и стойкий оттенок и защищают изделие от УФ лучей. Для окрашивания ДПКт применяются в основном два вида красителей: пигменты и суперконцентраты. Пигментами называют высокодисперсные неорганические или органические вещества, придающий материалам непрозрачность, цвет, противокоррозионные и другие свойства. Суперконцентраты представляют собой концентраты пигментов, красителей и других активных веществ на основе полимера, воска, или парафинов, используемые для придания изделиям из пластмасс цвета, оттенка или специфических свойств. 4) Биоциды. Это добавки, предотвращающие появление и размно- жение микробов питающихся органическими веществами, входящими в состав натурального волокна. Защищают от грибка, плесени, гниения. Также они способны снижать уровень водопоглощения. В производстве ДПК в качестве биоцидов наиболее часто применяются следующие соединения: борат цинка, метаборат бария, тетрахлоризофталонитрил, цинковые производные меркаптопиридин-1-оксида и др. 16

5) Антипирены. Придают материалу свойства огнестойкости, пре- дотвращают распространение пожара за счет введения в состав специализированных веществ – замедлителей горения. Материалы, пропитанные этими средствами, способны некоторое время выдерживать губительное воздействие огня. Антипирены для дерева имеют достаточно низкую температуру плавления, поэтому их действующие вещества начинают выполнять свою защитную функцию еще до того, как загорается сама древесина. Антипирены для ДПК отличаются от антипиренов для древесных материалов. Антипирены для ДПК обязательно должны быть термостойкими, чтобы не деструктировать в процессе переработки. Широко применяемые в производстве антипирены: гидроксид алюминия, борат цинка, бромированные соединения и оксиды сурьмы. Процентное соотношение двух основных компонентов (древесной муки и полимера) зависит от производителя и класса материала. Самый дешевый вариант содержит 70% древесной муки и 30% полимера, из-за чего материал получается менее износостойким, непрочным и усиленно впитывает влагу. При равном соотношении (50%:50%) получается материал с наилучшими свойствами. Содержание древесины в составе древесно-полимерного композита может меняться в широких пределах. Американские производители работают пока с составами, содержащими 50 - 70 % древесины [11]. Европейские разработчики стремятся получать композиции, содержащие более высокое наполнение древесиной - до 80% и более. От устоявшихся древесно-наполненных пластмасс (ДНП) композитные материалы отличаются высоким (более 50 %) содержанием древесины в составе общей композиции, и ее влиянием на свойства готового продукта. В ДНП древесного наполнителя мало и свойства такой пластмассы определяются, в основном, свойствами полимера. А когда древесины становится больше, то и свойства композита определяются: • свойствами матрицы 17

• свойствами частиц древесины • характером актером связей между древесными частицами и матрицей • структурой полученного композита На рисунке 1 показаны три схематических структуры наполненного материала. 1 2 3 1. Слабо-наполненный композит 2. Средне-наполненный композит ит 3. Высоко-наполненный композит Рисунок 1.1 – Три схематических структуры наполнения композиционного материала 1.3 Применение изделий из ДПКт 1.3.1 Строительство Из мирового объема ДПКт, использованного в 2011 году для строительства, наибольшая доля (70–80%) пришлась на террасные доски (декинг). Кроме этого, из ДПКт производят отделочные панели и листы для стен и потолков, фасадные панели, сайдинг, шумоизоляционные панели, подоконники, дверные рамы, полотна и обрамления, оконные рамы, рамы балконные ограждения, перила, поручни, поручни кровельные элементы и др. Несмотря на то,, что отечественная строительная отрасль пока холодно встречает новый материал материал, перспективы российского рынка строительных изделий из ДПКт оцениваются оцениваются, как высокие. Развитие рынка ДПКт во многом будет определяться ределяться темпами развития строительства строительства. Правительство РФ ставит задачу обеспечения к 2020 году ввода жилья не менее 140 млн. квад18

ратных метров. По оценкам специалистов основным сектором применения изделий из ДПКт в ближайшее время будет оставаться сектор малоэтажного домостроения. Это связано с рядом преимуществ изделий из ДПКт. Так, например, по сравнению с изделиями из древесины аналогичные изделия из ДПКт с древесным наполнителем имеют следующие преимущества: • высокая водостойкость; • возможность получения изделий различных форм с высокой про- изводительностью; • возможность вторичной переработки изделий. Существенное увеличение объёмов производства ДПКт с древесным наполнителем сдерживается двумя проблемами: • высокая стоимость изделий из ДПКт по сравнению с аналогичны- ми изделиями из других материалов на основе древесины (цены на декинг в 2013 г.: из лиственницы – 400 – 800 руб./м2, из ДПКт – 1200 – 4000 руб./м2); • нию меньшие значения некоторых механических свойств по сравнес массивной древесиной (предел прочности при статическом изгибе: декинга из лиственницы 60 – 100 МПа, из ДПКт – 13 – 40 МПа). В решении ценовой проблемы ДПКт отмечены следующие тенденции: • использование вторичных термопластичных полимеров; • увеличение массовой доли наполнителя в составе композита бо- лее 70 мас. %; • использование более дешевых добавок и снижение их доли в композите; • вторичная переработка изделий из ДПКт. Для применения в строительстве изделия из ДПКт должны иметь необходимые свойства. При этом необходимо учитывать и свойства самих ДПКт. Основные свойства ДПКт перечислены ниже. Плотность. Под «плотностью» ДПКт мы подразумеваем здесь не абсолютную плотность, а плотность материала ДПКт. 19

Практически невозможно получить изделия из ДПКт без какой-либо пористости, следовательно, без какого-либо снижения плотности по сравнению с её теоретическим значением. Даже следы влаги в древесном наполнителе преобразуются в пар при температурах расплава полимера, следовательно, приводят к пористости. Чем больше температура получения изделия, тем больше деструкция полимера и древесины и выше пористость материала ДПКт. Снижение плотности материала ДПКт затрагивает практически все важные свойства полученных из них изделий. Пористость в ДПКт, которая непосредственно связана с уменьшением плотности материала, обеспечивает химически реактивную область для кислорода. Кислород проходит в поры и атакует ДПКт «изнутри», особенно при повышенных температурах. Повышение температуры на каждые 10 °F ускоряет окислительную деструкцию ДПКт примерно в три раза [3]. Очевидно, что пористые изделия из ДПКт, имеющие низкую плотность, а также поры, заполненные кислородом воздуха, будут поддерживать распространение пламени значительно легче, чем изделия с более высокой плотностью. Также, чем выше плотность, тем ниже влагосодержание и водопоглощение изделий из ДПКт, меньше у них разбухание и коробление, микробная деструкция. Изучение усадки террасных досок GeoDeck, оградительных штакетин и других изделий показало, что чем ниже плотность ДПКт, тем выше усадка изделий. Прочность и модуль упругости при изгибе материалов и профильно-погонажных изделий. Механические свойства композитных террасных досок и деталей перил (свойства при изгибе, сжатии, сдвиге, растяжении, ударе и ползучести, и их прочность при изгибе и особенно жесткость) являются наиболее важными характеристиками. В США прочность при изгибе и жесткость – это основные показатели приемочных критериев ICC-ES, таких, как АС-174 «Критерии приемки для номинального пролета террасных досок 20

и систем ограждений (ограждения и поручни)». Причем учитывается не только «как есть» при температуре окружающей среды, но также при других температурах до и после атмосферного воздействия [3]. В то же время методы определения прочности при изгибе и модуля упругости при изгибе материалов в целом, и композитных материалов в частности, являются довольно сложными и могут привести к значительным отклонениям от достоверных значений, зависящих от базовых определений, экспериментальных установок и интерпретации экспериментальных данных. Вязкоупругое поведение пластмасс и композитных материалов на полимерной основе, как и определенная неоднородность матрицы композитных материалов, вносят свой вклад в измерения и интерпретацию экспериментальных значений прочности и модуля при изгибе. Прочность и модуль при сжатии и растяжении ДПКт не являются стандартными параметрами, которые обязательны для характеристики композитов. Они обычно не включаются в критерии приемки или другие нормативные документы. Типичные данные в испытаниях на растяжение – это растяжение или вытягивание образца, т.е. его удлинение. Удлинение обычно выражается в процентах деформации, отнесенной к базовой длине. Линейная усадка. Существует два принципиально различных типа показателей усадки ДПКт, зависящих от температуры изменений размеров в изделиях из полимеров и полимерных композитов: линейная усадка и расширение – сжатие. Усадка – это одновременно необратимый процесс и результат процесса. Расширение – сжатие – это обратимый процесс. Сопротивление скольжению и коэффициент трения на поверхности изделий из ДПКт. Сопротивление скольжению характеризуется количественно через коэффициент трения покоя. Неформально его также называют силой сцепления. Достаточное сопротивление скольжению обусловливает безопасное передвижение человека, что особенно важно для пожилых людей. Деревянные настилы проявляют весьма высокое сопротивление скольжению, в особенности во влажном состоянии. ДПКт обычно имеют более низкое со21

противление скольжению, скольжению чем пропитанная древесина. Очевидно, Очевидно что настил досок из ДПКт должен быть безопасным для человека в указанном отношении. В России пока нет национального стандарта качества ДПКт, но работа по его созданию ведётся [1, 12, 13, 14]. 1.3.2 Автомобилестроение Благодаря относительно низкой плотности, высоким показателям эксплуатационных свойств и технологичности древесно-полимерные полимерные композиты с термопластичной матрицей традиционно широко применяются в автомобилестроении (рисунок 2). Из ДПКт могут изготавливаться такие детали, как крепления бамперов, дверные и приборные панели, полки багажного отделения, внутренние вкладыши сидений и др. Рисунок 1.22 – Применение ДПКт в автомобилестроении 1.3.3 Производство мебели Мебель из древесно-полимерных древесно композитов стала новинкой на рынке мебели для сада. Свойства мебели из ДПКт существенно отличают ее от мебели из натуральных материалов. материалов Самые главные отличия – это устойчивость 22

к воздействию неблагоприятных атмосферных условий и долговечность. Еще одно важное свойство такой мебели – высокая прочность. Из ДПКт производятся такие изделия, как кресла-качалки, вспомогательные стойки, стеллажи, садовые диванчики, стулья, мебель для барбекю, качели, шезлонги и лежаки. Важным преимуществом мебели из ДПКт является возможность ее вторичной переработки [1]. 1.3.4 Ландшафтное строительство и архитектура Изделия из древесно-полимерных композитов эффектно и колоритно выглядят в интерьере общественных помещений. Использование профиля для создания декоративных решётчатых конструкций позволяет оживить интерьеры и уменьшить эффект отражения и наложения звуковых волн, что немаловажно для комфортной акустической атмосферы помещений. Беседки, навесы и многие другие малые архитектурные формы, элементы ландшафтного дизайна – вот далеко не весь список применения ДПКт. Изделия из ДПКт обладают важным технологическим свойством – при нагреве до определенной температуры легко поддаются изгибу, позволяя создавать в интерьере любые радиусные и гнутые формы. Использование легкого и прочного пустотелого профиля из древесно-полимерного композиционного материала позволяет создавать конструкции значительных размеров, не перегружая при этом несущие элементы зданий и сооружений [1]. 23

1.4 Сырье для производства ДПКт 1.4.1 Наполнители растительного происхождения В производстве ДПКт используется широкий спектр органических наполнителей и их смесей с минеральными наполнителями [3]. Наибольшее применение находят целлюлозные и лигноцеллюлозные наполнители растительного происхождения Их широкое распространение обусловлено прежде всего экономическими и экологическими причинами: наполнители растительного происхождения являются возобновляемыми ресурсами с относительно низкой себестоимостью. Все наполнители растительного происхождения можно разделить на две группы: древесные и недревесные. К древесным наполнителям растительного происхождения относятся: древесный опил, древесная стружка, древесная мука, древесные и целлюлозные волокна и другие древесные частицы. Опилом называют мелкие частицы древесины, образующиеся при пилении. Длина и форма частиц опила и стружки зависят от типа и технологических параметров режущего инструмента, в результате работы которого они образованы. Древесная стружка представляет собой тонкие древесные частицы, образующиеся при резке древесины. Древесная мука – древесные частицы заданного гранулометрического состава, полученные путём сухого механического размола древесины. Частицы древесной муки, как правило, имеют продолговатую форму, поэтому точный их размер не регламентируется, однако при просеивании основная часть муки должна проходить через сито с размером ячеек 1,25×1,25 мм. В отличие от перечисленных выше наполнителей древесная мука не является побочным продуктом обработки древесины. Для производства древесной муки используют опилки от лесопиления и древесную стружку. Вместе с опилом от лесопиления в мельницы попадает значительное количество коры, примесь которой придает древесной муке темный цвет. В зависимости от наличия в муке примесей коры она делится на два сорта. По ГОСТ 16361-79 древесная мука 24

выпускается восьми марок: 1250, 560, 400, 250, 180, 140, Ф и Т. Номер марки соответствует размеру ячеек сита (в микрометрах), через которые древесная мука прошла при ее рассеве. Традиционно именно древесная мука наиболее широко применяется в производстве ДПКт в качестве наполнителя. В значительно меньших количествах используются древесные и целлюлозные волокна. К наполнителям недревесного происхождения относят водоросли, различные кустарники, травы, плоды, скорлупу орехов и т.д. Сообщается о получении композитов, наполненных измельчёнными стеблями конопли, банановой мукой, бамбуковой мукой, водорослями зостера, волокнами джута и кенафа, шелухой семян и соломой различных злаковых растений. Это далеко не полный список недревесных наполнителей растительного происхождения, и он продолжает расширяться. Наполнители недревесного типа имеют ряд преимуществ: кустарники и травы быстрее восстанавливаются по сравнению с деревьями, в большинстве случаев недревесные наполнители более склонны к биоразложению и более экологичны, использование отходов сельскохозяйственного комплекса в качестве наполнителей для производства ДПКт обуславливает снижение себестоимости конечного продукта. Из минеральных наполнителей наибольшее применение нашли карбонат кальция, тальк (гидратированный силикат магния), кремнезём (алюмосиликаты). Минеральные наполнители добавляют к органическим главным образом для снижения цены ДПКт. При этом может быть повышена жесткость и огнестойкость материала. Массовая доля минеральных наполнителей в составе композита может достигать 20% [1]. 1.4.2 Термопластичные полимеры В качестве полимерных матриц для ДПКт могут применяться термопласты, которые могут перерабатываться при температурах до 200 °С [1]. Однако на сегодняшний день более 90% всех изделий из ДПКт производятся из полиэтилена (ПЭ), полипропилена (ПП) и поливинилхлорида (ПВХ). При25

чина этого явления проста. Чтобы конкурировать с изделиями из цельной древесины, стоимость композитных материалов не должна быть выше более чем в 2–3 раза. Только три названных полимера (ПЭ, ПП, и ПВХ) способны вписаться в соответствующую ценовую категорию. В качестве полимерных матриц ДПКт в значительно меньших объёмах используются и другие термопластичные полимеры. 1.5 Технологии получения ДПКт Технологии производства изделий из ДПКт чем-то напоминают методы изготовления древесных плит, но все же существенно отличаются от них. Формование из компаунда Основным направлением в технологии производства этих изделий является формование, которое может осуществляться несколькими описанными ниже способами. ДПКт изготавливаются из компаунда, состоящего из смеси древесных частиц, термопластичного полимера и небольшого количества функциональных и технологических добавок. Компаунд для формования подготавливается заранее или смешивается непосредственно в ходе технологического процесса формования. Во время формования полимер, содержащийся в компаунде, размягчается под действием температуры и становится пластичным, что позволяет придавать компаунду самые разнообразные геометрические формы. Специальные технологические добавки, вводимые в компаунд, улучшают пластические свойства и текучесть рабочей смеси и облегчают протекание процесса. Высокая пластичность древесно-полимерного компаунда дает возможность осуществлять производство изделий несколькими индустриальными методами. Сырье и материалы Для выпуска ДПКТ используется сухая раздробленная мелкоструктурная древесина — опилки, древесная мука (реже волокно). Следует иметь в 26

виду, что влажность древесины в самом композите должна быть, как правило, менее 1%. Чаще всего дерево никак специально не обрабатывают, хотя давно уже проводятся разработки различных способов его модификации. Базовые смолы (полиэтилен, полипропилен, ПВХ и др. термопластичные полимеры) применяют в сухом гранулированном или суспензионном виде. Функциональные и технологические аддитивы (смазки, связующие агенты, модификаторы свойств, пигменты и т. д.) также употребляются в сухом гранулированном состоянии или в суспензиях. Компаундирование В технологии производства изделий из композиционных материалов компаундирование, как правило, имеет ключевое значение. Целью этой операции является получение плотной однородной структуры композита. В силу некоторых особенностей химической структуры ДПКт тщательное компаундирование играет важнейшую роль в обеспечении прочности и долговечности производимых изделий. Частицы древесины полярны, а молекулы термопластичных полимеров не всегда полярны. При этом каждая частица древесины должна покрыться тонкой пленкой смолы, а необходимые функциональные и технологические добавки должны быть равномерно распределены в полимерной матрице. Процесс компаундирования происходит в горячем виде при перемешивании подогретых древесных частиц, расплавленной базовой смолы и необходимых добавок. Компаундирование должно производиться максимально быстро и достаточно деликатно во избежание механических разрывов полимерных цепочек и термоокислительной деструкции полимера и древесины. При производстве ДПКТ компаундирование может реализовываться с использованием разнообразных смесителей и компаундеров. Чаще всего для этого применяют двухшнековые экструдеры и термокинетические миксеры. Готовый компаунд обычно поставляется в виде гранулята, удобного для хранения, транспортировки и дальнейшей переработки. 27

В компаундировании весьма важным является точное дозирование компонентов рабочей смеси, которое целесообразно осуществлять автоматизированным весовым способом. Прессование Прессование изделий из ДПКТ проводится в стандартных гидравлических прессах или специальных прессовых установках. Могут быть получены листовые изделия, бруски и детали более сложных форм. Используется предварительно приготовленный древеснополимерный компаунд, например в гранулированном виде. Прессование осуществляется при температуре, обеспечивающей достаточную пластичность полимерной матрицы (130–180оС). Изделия извлекаются из прессформы после остывания до температуры ниже температуры размягчения полимера. Этот метод часто применяется в лабораторных опытах, но в производстве термопластичных ДПКт большого распространения пока не получил. Заметим, что прессование широко используется в промышленности при формовании древесных композитных материалов на основе термореактивных смол (например, бакелита, древесностружечных и древесноволокнистых плит). Достоинством этого метода является относительная простота получения изделий большой площади (до нескольких квадратных метров), включая детали довольно сложных геометрических форм. Прокатка Метод прокатки реализуется на специальных прессовых установках непрерывного действия. Транспортировка компаунда внутрь пресса и вынос готового листа осуществляется при помощи бесконечных стальных лент, перемещаемых внутри плит пресса. Как известно, метод прокатки в последние 15–20 лет стал активно применяться для выпуска древесностружечных и древесноволокнистых плит и слоистых пластиков. Немецкой фирмой «Шилинг-Кнобель» эта технология предлагается сейчас и для производства листовых материалов из термопластичных ДПКт. 28

Литье под давлением Литье под давлением является широко распространенным способом промышленного изготовления изделий сложных геометрических форм из термопластичных материалов. Этот метод реализуется при помощи специальных литьевых машин, т. н. термопласт-автоматов. В термопласт-автомате разогретый компаунд подается в закрытую прессформу посредством поршня, но чаще — шнекового нагнетателя, создающего достаточно высокое давление. Литье под давлением — способ изготавливать как небольшие, так и крупногабаритные детали, например элементы дверных коробок длиной более 2 м. Размеры получаемых изделий лимитируются параметрами прессформы и мощностью литьевой машины. Этим методом перерабатывается сейчас примерно 15% от всех ДПКт — например, для производства кровельных изделий, соединительных и декоративных элементов в баллюстрадах, мебельных деталей и др. Литье является одним из наиболее перспективных способов изготовления изделий из ДПКТ, т.к. подходит для массового производства продуктов самого широкого назначения: деталей машин и механизмов, сантехники, архитектурного декора, игрушек и других товаров народного потребления, включая мебель, мебельные детали и мебельную фурнитуру. Экструзия Метод экструзии широко применяется при выработке полимерных листов и пленок, но особенно эффективен для выпуска труб и профильных деталей. В настоящее время экструзия является основным способом переработки термопластичных ДПКт. Экструзия фактически представляет собой процесс непрерывного литья под давлением в бездонную пресс-форму, позволяющую получать изделия бесконечной длины. Для экструзии можно использовать заранее приготовленный гранулированный компаунд. Однако в последнее время в экструзии 29

ДПКт становятся популярными специальные экструзионные установки для т.н. прямой экструзии. В установку для прямой экструзии подаются все необходимые компоненты смеси (измельченная древесина, базовая смола, технологические и функциональные аддитивы), которые тщательно смешиваются в ходе вращения шнеков экструдера и затем выдавливаются через фильеру. Именно такие установки запущены на первом в России действующем предприятии по производству ДПКт — СТД «Люкс» в Москве. В принципе возможно использовать технологию экструзии для получения и продольно армированных изделий, таких как металло-древеснополимерные трубы или продольноармированные профили. В отрасли переработки пластмасс такой вид экструзии называется пултрузией. Но пока такие вопросы только исследуются. Повторное термическое формование Этот метод позволяет изменить форму изделия, уже изготовленного из термопластичного композита (листа, трубы, профиля). При повторном формовании изделие подогревается в печи или в специальной установке до температуры размягчения композита (но не до его расплавления), а затем деформируется при помощи специальной оснастки. Данный метод чаще всего применяется для получения тонкостенных изделий довольно сложных форм из листового ДПКт (например при помощи вакуумформовочной оснастки), в частности, в автомобильной промышленности. Также горячее тиснение становится одним из важных способов декорирования профильных изделий, полученных методом экструзии. В этом случае тиснение поверхностной более или менее глубокой текстуры или другого декора производится проходным методом на тиснильных станках вальцового типа. Последующее термоформование начинают также использовать в конструкциях мебели. При необходимости повторное термоформование может 30

быть сопряжено с облицовыванием шпоном, декоративной пленкой, тканью, нетканым полотном, кожей и т.д. Горячее гнутье профильных элементов используют и в строительстве, например, для гнутья перил, арочных конструкций, досок пола, труб и других профильных элементов. Ротационное формование В последнее время проводятся опыты по ротационному формованию изделий из ДПКт. Эта технология предполагает, что компаунд распределяется внутри вращающейся горячей формы исключительно под действием центробежных сил. Достоинством при этом является возможность получения крупногабаритных пустотелых изделий с применением относительно легкой и недорогой оснастки. Это могут быть бочки, изделия мебели, строительные блоки и т.п. Скорее всего, очень интересным направлением в повторном термоформовании изделий из ДПКт может стать технология раздува, при помощи которой можно получать тела вращения сложных геометрических форм (столбики, балясины, ножки для столов, диванов и кресел и т.п.). Но делать это, как представляется, пока еще никто не пробовал. Традиционные технологии В производстве изделий и конструкций из ДПКт абсолютно не исключается возможность применения традиционных столярных технологий. Напротив, в обработке ДПКт гораздо удобнее всех остальных древесных материалов. Древесно-полимерный композит легко и чисто режется, не скалывается, не трескается и не коробится, отлично шлифуется и полируется, склеивается, а иногда даже и сваривается, великолепно удерживает крепеж, поддается отделке и облицовыванию и т. д. Вырезайте хоть наличники, хоть иконостасы, а то и кресты. Иногда даже поражает удивительная инертность наших деревообработчиков, проявляющаяся в абсолютном невнимании к возможностям новых материалов. 31

Переработка отходов и утилизация использованных изделий Отходы, возникающие в производстве термопластичных ДПКт, и изделия, срок эксплуатации которых закончился, размельчаются в дробилках на некрупные гранулы, которые в дальнейшем могу т быть вновь использованы в качестве сырья для производства термопластичных ДПКт. Таким образом, никаких особых или специфических проблем, связанных с утилизацией отходов ДПКт, не существует в принципе [15]. 32

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ Основным фактором роста производства изделий из древеснополимерных композитов с термопластичными полимерами является возможность применения отходов лесопромышленного и сельскохозяйственного комплексов, а также их более низкая стоимость, чем изделий из дерева или чистых термопластиков. Изделия из ДПКт – долговечны, чем и привлекают своего потребителя на рынке. Их применяют, в основном, для наружной отделки фасадов домов, напольных покрытий на открытых участках, облицовке садовой мебели и тд. ДПКт напоминают изделия из дерева, при определенной фрезеровке готовой продукции, чем не уступают отделочным материалам из дерева по эстетическим показателям. Сравнительная характеристика террасного декинга из ДПКт и деревянной палубной доски приведена в таблице 2.1 [16]. Таблица 2.1 – Сравнительная характеристика террасного декинга из ДПКт и деревянной палубной доски Характеристика Текстура Защита от насекомых и вредителей Выгорание под ультрафиолетом Влагостойкость Пожароопасность Обновление Воздействие соленой воды, щелочей, кислот Экологическая безопасность Скольжение, занозы Композитный мате- Натуральное дерево (без риал термообработки) Однородный цвет или Натуральная порода дереимитация дерева ва Да Нет Со временем цвет меняется 100% Деформируется Негорючий материал Горючий материал Требуется регулярная обНе нуждается работка Незначительно Нет Да Не содержит летучих 100% натуральный матетоксинов риал Нет Да 33

Продолжение таблицы 2.1 Механическая прочность Морозостойкость Остаточная влажность, не более Высокая Да, до -70 °C Высокая Да 1% 8% Древесно-полимерная доска для террас по всем параметрам превосходит другие виды настилов для наружного применения. Однако важно учитывать, что все характеристики, описанные выше, справедливы только для оригинального декинга из ДПКт. Из-за популярности полимерной декинговой доски на рынке появляется множество предложений и большинство из них — некачественные материалы по низкой цене. Древесно-полимерные композиты, преимущественно, производятся на основе древесной муки. Ее используют в качестве наполнителя. Но получение древесной муки требует дополнительных энергозатрат и установки дополнительного промышленного дорогостоящего оборудования. Или же закупка ее, как готового сырья. В настоящее время цена древесной муки достаточно высокая и составляет от 10 руб/кг. Нельзя не отметить, что изделия из ДПКт значительно дешевле и требуют меньших финансовых вложений в ходе эксплуатации. Пример эксплуатации с экономическим обоснованием террасной доски из древесно-полимерного композита (ДПК) и деревянной палубной доски приведен в сравнительной таблице 2.2. Таблица 2.2 – Пример эксплуатации с экономическим обоснованием террасной доски из древесно-полимерного композита (ДПК) и деревянной палубной доски Деревянная палубТеррасная доска ная доска ДПКт Расходы при монтаже террасного напольного покрытия, руб, от цена на 1 м2 1400,00 1450,00 клипса монтажная (крепление) 300,00 140,00 на м2 Наименование товаров/услуг 34

Продолжение таблицы 2.2 лага (брусок) на 1 м2 250,00 шлифование доски за 1 м2 270,00 антисептик, защита от грибка 30,00 обработка антисептиком 90,00 пропитка универсальная на 1 100,00 м2 обработка пропиткой (2 слоя) 180,00 на 1 м2 монтаж террасной доски на 1 450,00 м2 монтаж лаги на 1 м2 250,00 стоимость материалов и ра3320,00 бот при укладке на 1 м2 Расходы на 3-й год эксплуатации, руб, от антисептик, защита от грибка 30,00 обработка антисептиком 90,00 пропитка универсальная на 1 100,00 м2 обработка пропиткой (1 слой) 90,00 на 1 м2 общая стоимость работ 310,00 расходы за три года 620,00 Расходы на 5-й год эксплуатации, руб, от замена деревянного покрытия 1400,00 демонтаж покрытия 250,00 шлифовка досок за 1 м2 270,00 антисептик, защита от грибка 30,00 обработка антисептиком 90,00 пропитка универсальная на 1 100,00 м2 обработка пропиткой (2 слоя) 180,00 на 1 м2 монтаж террасного покрытия 450,00 на 1 м2 общая стоимость работ 2770,00 расходы на пятый год 5540,00 ИТОГО: 9480,00 450,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 250,00 0,00 2290,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2290,00 На 5-й год эксплуатации террасной доски, возникает необходимость полной замены деревянной палубной и даже обустройство нового террасного 35

покрытия, в результате порчи от погодных условий и других факторов: грязь, истираемость, выцветание, корабление, растрескивание. При условии, что у настила из ДПКт срок эксплуатации как минимум 10 лет мы получаем экономию примерно в 4,5 раза по сравнению с деревянным палубным покрытием. В данной научной работе исследуется возможность применения древесного опила разных пород древесины, полученного в результате деревообработки, в качестве наполнителя для получения древесно-полимерных композитов. Использование этого опила, как отхода лесопромышленного комплекса для производства изделий из ДПКт, применяемых, в перспективе, для наружной отделки, позволит получить экономический и экологический эффекты. Экономическим преимуществом использования исследуемых материалов является снижение себестоимости конечной продукции при сохранении эксплуатационных свойств изделий на базовом уровне. Экологический эффект заключается в переработке, а не сжигании древесного опила с выделением дополнительных количеств углекислого газа, оказывающего парниковый эффект. Кроме этого производство ДПКт является полностью безотходным и позволяет использовать в качестве полимерной матрицы вторичные небиоразлагаемые синтетические полимеры («полимерный мусор»). Из аналитического обзора следует, что влияние породного состава древесного опила на свойства ДПКт пока ещё мало изучено. Поэтому данные исследования с научной точки зрения являются актуальными. 36

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Характеристика исходного сырья и материалов В работе использовались: 1. Поливинилхлорид суспензионный Саянский (ПВХ), марки - СИ- 67, изготовитель АО «Саянскхимпласт». ТУ 2212-012-46696320-2008; 2. Диоктилтерефталат (ДОТФ), изготовитель АО «Сибур- Химпром», ТУ 20.59.56-029-53505711-2018 3. Древесный опил хвойный (сосна), отход лесопиления ООО «Лес- 4. Древесный опил лиственный (береза), отход лесопиления ООО тех». «Лестех». Характеристики исходного сырья представлены в таблицах 3.1 – 3.3 Таблица 3.1 – Технические характеристики ПВХ-С-СИ-67 [17] № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Метод испытаний Наименование показателей Внешний вид: цвет Количество загрязнений и посторонних веществ, шт, не более Значение К Насыпная плотность, г/см 3 Остаток после просева на сите с сеткой № 0315, %, не более Остаток после просева на сите с сеткой № 0063, %, не более Масса поглощения пластификатора, г на 100 г поливинилхлорида, не менее Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более Сыпучесть, с, не более ГОСТ 14332-78 п. 3.4.1 Нормы для марки СИ-67 Однородный порошок белого цвета ISO 1265:2007 6 ГОСТ 14040-82 ISO 60:1977 66-68 0,54-0,60 ISO 4610:2001 0,1 ISO 4610:2001 95 ISO 4608:1998 20 ISO 1269:2006 0,3 ISO 6186:1998 25 37

Продолжение таблицы 3.1 10. Массовая доля винилхлорида, млн -1, не более ГОСТ 25737-91 0,5 11. Термостабильность пленки при 160 oC, мин. не менее ТУ 2212-01246696320-2008 п. 5.2 19 Таблица 3.2 – Технические характеристики пластификатора ДОТФ [18] № п/п Метод испытаний Наименование показателей 1. Внешний вид ГОСТ 8728 п. 3.4 2. Цветность по платиновокобальтовой шкале, ед. Хазена, не более ГОСТ 8728 п. 3.4 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. ГОСТ Плотность при 20 С, г/см 18995.1/ГОСТ Р 57037 ТУ 20.59.56-029Массовая доля диоктилтерефта53505711-2018 п. лата, %, не менее 5.3 ТУ 20.59.56-029Кислотное число, мгКОН/г, не 53505711-2018 п. более 5.4 Массовая доля воды, %, не боГОСТ 14870 п. 2 лее Массовая доля летучих веществ ГОСТ 8728 п. при 100 оС за 6 ч., %, не более 3.11 ТУ 20.59.56-029Массовая доля летучих веществ 53505711-2018 п. при 125 оС за 3 ч., %, не более 5.5 Показатель преломления при 20 ГОСТ 18995.2 о С ТУ 20.59.56-029Показатель преломления при 25 53505711-2018 п. о С 5.6 о 3 38 Нормативное значение Прозрачная жидкость, без присутствия взвешенных веществ и механических примесей 15 0,981-0,987 99,0 0,03 0,05 0,10 0,10 1,487-1,492 1,487-1,493

Продолжение таблицы 3.2 Удельное объемное электрическое сопротивление при 30 оС, 1011, Ом*см, не менее Температура вспышки в открытом тигле, оС, не менее 11. 12. ТУ 20.59.56-02953505711-2018 п. 5.7 4 ГОСТ 4333 220 Таблица 3.3 – Характеристики опила [19] Древесные опилки № п/п 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. Наименование показателей Плотность, г/см3 Насыпная плотность, кг/м3 Зольность, % Теплопроводность, МДж/кг Истираемость, % Влажность, % Содержание SO2 и SCb в газах горения паллет, % Хвойных пород Лиственных пород 1147 1141 Смесь (хвойный опил : лиственный опил = 1:1) 1144 526 511 520 0,5 0,5 0,5 18,9 18,0 18,4 0,21 8,7 0,20 8,5 0,20 8,3 0 0 0 3.2 Приборы и оборудование 1. Вальцы лабораторные ПД 320 160/160 ГОСТ 14333-73, индекс 221.671, заводской номер 346, выпущенные 27.02.1976 г. Ленинградским опытным машиностроительным заводом «Металлист» предназначены для подогрева и листования смесей на предприятиях и в мастерских по ремонту резиновой обуви; 2. Пресс гидравлический 2-х этажный 400*400 ВН 0916 П, выпу- щенные Ленинградским опытным машиностроительным заводом «Металлист» 3. Весы лабораторные ВК-1500.1; 39

4. Прибор для определения статического изгиба и ударной вязкости модели «Динстат-Дис»: - Диапазоны работы удара 0÷5 кгс·см; - Точность измерения работы 0,05 кгс·см; 5. Твердомер модели БТШПСП У42 ГОСТ 9130-75: - Диапазоны нагрузки 5,0; 13,5; 36,5; 96,0; 150,0 кгс; - Точность измерения деформации 0,002 мм; 6. Толщиномер индикаторный ТН 10-60; 7. Секундомер механический СОСпр-2б-2; 8. Линейка металлическая измерительная; 9. Штангенциркуль ЩЦ-II 0-250; 3.3 Приготовление древесно-полимерных смесей 3.3.1 Смешение компонентов ДПКт. Смешение компонентов ДПКт проводилось по следующей методике. Необходимые количества компонентов взвешивались на лабораторных весах марки ВК-1500.1, затем методом вальцевания при Т=150 оС осуществлялось смешение компонентов до однородной массы. Процесс вальцевания является подготовительным и осуществляется с целью дополнительного смешения полимерной матрицы с наполнителем, пластикации массы, доведения ее до равномерно нагретого состояния и однородности материала. При работе вальцов, валки вращаются навстречу друг другу с различными скоростями, захватывают перерабатываемую массу и увлекают ее в клиновой зазор, образуемый валками (рисунок 3.1). Величина этого зазора изменяется перемещением одного из валков. Отношение линейной скорости быстроходного заднего валка, находящегося дальше от рабочего, к скорости переднего называют фрикцией (f) [20]. 40

Рисунок 3.1 - Схема процесса вальцевания 1 - передний валок;; 2 - задний валок; 3 - лента материала; материала 4 - "запас" перерабатываемого материала. 3.3.2 Получение изделий из ДПКт методом вальцевания Рассмотрим подробнее механизм вальцевания ДПКт. ДПКт В данной работе рассматривается переработка композиций на основе ПВХ с лиственным и хвойным опилом, используемого в качестве наполнителя. наполнителя Смешение ДПКт осуществлялось на вальцах лабораторных марки ПД 320 160/160 ГОСТ 14333-73 (рисунок 3.2). Рисунок 3.2 – Вальцы лабораторные марки ПД 320 160/160 При одинаковых скоростях валков слои материала материала, расположенные вблизи их поверхностей, поверхностей перемещаются в валковый зазор со скоростью, близкой к скорости валков (рисунок 3.3). В центральной части "запаса" материала получаются завихрения, завихрения в которых отдельные слои материала двигаются по замкнутым траекториям. траекториям Этот запас непрерывно обновляется за счет поступления новой порции с переднего валка. При этом поверхностный слой 41

"запаса" материала, переходя с одного валка на другой, создает видимость его вращения. Из валкового зазора выходит лента, толщина которой в 1,2 1,5 раза больше минимального зазора. Рисунок 3.3 – Траектории движения слоев ДПКт при переработке его в зазоре валков В процессе вальцевания в рабочем зазоре возникают силы, которые стараются раздвинуть валки. Эти силы называют распорными. распорными Их необходимо учитывать, так как при чрезмерно больших усилиях возможна поломка вальцов. Величины распорных усилий и потребляемой мощности при вальцевании в начальный момент в 2-2,5 раза больше, чем в установившийся период [20]. 3.3.3 Получение изделий из ДПКт компрессионным прессованием Прессование – это технологический процесс изготовления изделий из полимерных материалов материалов, заключающийся в пластической деформации материалов при действии на них давления и последующей фиксации формы изделия. Основной формующий инструмент – пресс-форма, давление в которой создается прессом. 42

Компрессионное прессование реактопластов – наиболее распространенный и простой в аппаратурном оформлении метод. Он применяется при переработке высоконаполненных пресс-материалов на основе реакционноспособных олигомеров, олигомеров содержащих до 40–70 % наполнителя: наполнителя пресспорошков, волокнитов волокнитов, слоистых пластиков. Его используют при изготовлении изделий конструкционного назначения, к которым предъявляются пред высокие требования по однотонности и точности, и изделий массой свыше 1 кг. Прессование осуществляется в пресс-форме, конфигурация внутренней полости которой соответствует форме изделия [21]. Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования методом плоского формования представлена на рисунке 3.4. Рисунок 3.4 – Схема изготовления изделий методом компрессионного прессования методом плоского формования Прессование осуществляется в стандартном гидравлическом прессе марки ВН 0916 П с номинальными размерами плит 400·400 мм (рисунок 3.5) при температуре Т=180 =180 оС и давлении Р=15 МПа. Для прессования используется предварительно приготовленный древесно-полимерный полимерный компаунд. Извлечение изделия из пресса возможно только после остывания изделий до температуры ниже температуры размягчения полимерной матрицы [22]. 43

Рисунок 3.5 – Пресс гидравлический 2-х этажный 400*400 ВН 0916 П За результат готового образца принимаем ДПКт в форме диска диаметром d=90 мм и толщиной h=5 мм (рисунок 3.6). Рисунок 3.6 – Испытуемый образец полученный методом компрессионного прессования 3.4 Методы испытаний изделий из ДПКт [23] 3.4.1 Определение прочности при консольном изгибе на приборе «Динстат-Дис» Для испытаний изделий из ДПКт использовали прибор «Динстат-Дис» и штангенциркуль с точностью 0,05 мм (фотография прибора «Динстат-Дис» приведена на рисунке 3.7). 44

Рисунок 3.7 – Фотография прибора «Динстат Динстат-Дис» Для определения прочности полимерных материалов при консольном изгибе применяются стандартные образцы - пластинки, имеющие следующие размеры: L×b×h ×b×h = 15,0×10,0×(1,5−4,5) 15,0×10,0×(1,5 мм. Испытуемый образец устанавливают на опоры прибора широкой стороной b (рисунок 3.8). Рисунок 3.8 – Схема испытаний на консольный изгиб на приборе «ДинстатДис»: 1 – образец;; 2 – призматический зажим маятника;; 3 – неподвижная опора маятника; 4 – неподвижная опора рычага изгиба;; 5 – призматический зажим рычага изгиба Образец, закрепленный между опорами изгиба и призматическими передвижными зажимами, зажимами является соединительным звеном между вращающимся диском, к которому присоединен рычаг изгиба с верхним зажимным 45

приспособлением (рисунок 3.8), и маятником. При вращении рукоятки прибора по часовой стрелке диск вращается против часовой стрелки, отклоняя маятник через образец, который при отклонении испытывает изгибающий момент. Величину изгибающего момента показывает стрелка, забранная отклоняющимся маятником, по правой шкале прибора. Когда образец, нагруженный маятником, начинает прогибаться, то вращаемый диск с градусной шкалой опережает в движении маятник со стрелкой изгибающего момента. Величина прогиба образца показывается над нулевой отметкой шкалы моментов изгиба по градусной шкале. При разрушении образца необходимо вращение рукоятки немедленно прекратить, чтобы исключить ошибочный отсчет, а части изломанного образца удалить. Измеряемые величины установить отсчетом, а именно: а) изгибающий момент Mи − по положению стрелки по шкале моментов, измеряемый в кгс·см; б) угол изгиба α (0) − по градусной шкале на месте, указанном нулевой отметкой шкалы моментов. Результатом испытания является изгибающее напряжение σи (МПа), которое вычисляется по соотношению и = Ми где W (мм3) – момент сопротивления сечения образца, рассчитанный по формуле. Отсюда − изгибающее напряжение σи (МПа) и = 588,6 · Ми ·% где Mи – изгибающий момент по шкале прибора «Динстат-Дис», кгс·см; b и h – ширина и толщина образца, мм. За результат испытания принимают среднее арифметическое пяти оп46

ределений, вычисляемое до третьей значащей цифры. 3.4.2 Определение ударной прочности (вязкости) Способность полимерных материалов сопротивляться нагрузкам, приложенным с большой скоростью (более 1 м/с), оценивается их ударной прочностью, или, как ее называют, ударной вязкостью. Ударная вязкость – это отношение энергии разрушения образца к площади его поперечного сечения. В практике оценки свойств полимерных материалов наибольшее применение нашел поперечный удар, который реализуется на маятниковых копрах. Образец в держателе копра может располагаться подобно балке при двухопорном изгибе (рисунок 3.9, а) или консольно (рисунок 3.9, б). Рисунок 3.9 – Схема испытаний на ударную прочность по Шарпи (а) и по Динстат (б), образец с надрезом (в): 1 – образец; 2 – боек маятника; 3 – нижняя зажимная опора; 4 – передвижная опора 3.4.3 Определение ударной вязкости на приборе «Динстат-Дис» Для определения ударной вязкости пластмасс при консольном закреплении образца (рисунок 3.9, б) применяются стандартные образцы- пластинки, имеющие размеры L×b×h = (15,0±1,0)×(10,0±0,5)×(1,5−4,5) мм. Испытания образцов могут производиться без надреза или с надрезом, схема выполнения которого показана на рисунке 3.9, в. 47

Приборы, инструмент: прибор «Динстат-Дис», штангенциркуль с точностью до 0,05 мм. Материалы: образцы – пластинки из полимерных материалов. Взведенный маятник с подвешенными добавочными грузами фиксируется в верхнем положении защелкой. Образец ставится вертикально между нижней зажимной опорой и передвижной опорой. Вращением рукоятки совместить нулевые отметки градусной шкалы и шкалы изгибающих моментов. Стрелку установить на нуль шкалы ударного изгиба. После нажатия на щеколду защелки маятник освобождается, падает вниз, и боек маятника разрушает образец. По положению стрелки делают отсчет работы удара А (кгс·см). Ударную вязкость а (кДж/м2) определяют по соотношению 98,1 ∙ А ∙ℎ где А – работа по разрушению образца по шкале прибора «Динстата= Дис», кгс·см; b и h – ширина и толщина образца, мм. Удельная работа Z (кДж/м) ударного разрушения = 6 ∙ 9.81 ∙ ∙ℎ = Коэффициент ослабления К (%) = н 6∙ ℎ ∙ 100 За результат испытания принимают среднее арифметическое пяти определений, вычисляемое до третьей значащей цифры. 3.4.4 Определение твердости вдавливанием шарика Твердость пластмасс оценивают по методу Бринелля, как отношение нагрузки к поверхности сферического отпечатка, образуемого при вдавливании стального шарика ᴓ5 мм (рисунок 3.10) под действием нагрузки в течение времени. 48

Рисунок 3.10 – Схема определения твердости по Бринеллю: 1 – стальной шарик; 2 – образец; 3 – стол прибора Для испытаний использовали твердомер БТШПСП У42 и секундомер. Образцы – пластинки, диски из ДПКт толщиной не менее 5 мм с поверхностью без вздутий, раковин, трещин и других дефектов. При стандартных испытаниях нагрузка на шарик задается из условия вдавливания его на глубину не менее 0,15 мм и не более 0,35 мм (нагрузки 49; 132,4; 358; 961 Н). Образец в виде плоскопараллельной пластинки или диска устанавливают на столик прибора и вращением маховика поднимают винт до соприкосновения образца с шариком. При этом должно создаться усилие предварительного прижатия образца величиной до 10 Н. Нагружающий рычаг твердомера плавно поворачивают против часовой стрелки на 1800 (на себя), и создается задаваемое усилие. Продолжительность его приложения 30±2 с. По истечении этого времени по индикатору часового типа прибора фиксируют глубину h вдавливания шарика с точностью ±0,002 мм и рычаг переводят в вертикальное положение (индентор разгружается). Через 60±5 с фиксируется остаточная деформация h1. Твердость НВ (МПа) вычисляют для глубины вдавливания шарика h0 = 0,25 мм по формуле НВ = ∙ 0,21 ∙ Р 0.0535 ∙ Р = ∙ (% + 0.25 − 0.21) % − 0,04 где P – нагрузка, приложенная к шарику, Н; 49

d – диаметр шарика, мм; h – глубина отпечатка, мм; 0,21 – коэффициент приведения нагрузки к глубине вдавливания h0. Число упругости У (%) вычисляют по формуле У= %−% 100 % Пластичность оценивают как П = 100 − У Величину модуля упругости (контактного) при сжатии Ес (МПа) приближенно можно оценить по следующим уравнениям: Ес = Ес = Р 3 ∙ % ∙ √% ∙ 9∙Р 16 ∙ % "# $ ∙( ) # За результат испытаний принимают среднее арифметическое всех параллельных определений, которое округляют до целого числа. Известны эмпирические зависимости для оценки разрушающего напряжения (σр) или предела текучести (σт) термопластов через значения НВ: р ( = 0,87 ∙ НВ&,'" = 0,35 ∙ НВ&,'" 3.4.5 Определение плотности образцов ДПКт Плотность образца, ) (г/см3), определяется по формуле + *= , где m – масса образца, г; V – объем образца, см3. За результат испытаний принимают среднее арифметическое всех параллельных определений. 50

3.4.6 Определение водополощения Методика основана на определении изменения массы образца в воде. Образец должен иметь качественную поверхность без механических повреждений, вздутий, трещин и расслоений. Образец, подготовленный к испытаниям, взвешивают с точностью до ±0,0001 г. Образец укладывают на стеклосетку на фарфоровой решетке, помещают в емкость с дистиллированной водой при температуре 20±1,5 0С. После выдержки в воде, в течение 24 часов / 7 суток образец извлекают, фильтровальной бумагой с поверхности удаляют избыток влаги и повторно взвешивают. Показатель относительного водопоглощения образцов Bo (%) номинальным размером 10·15 мм оценивают по формуле: В& = - − -& ∙ 100 -& где G0 и G1 – масса образца соответственно до и после водопоглощения, г. 51

4. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПРЕРИМЕНТА Несвязанными входными факторами в запланированном эксперименте были выбраны два фактора (k = 2): массовые доли в рецептуре ДПКт сосновых опилк (Z1, мас. %) и пластификатора ДОТФ (Z2, мас. %). Содержание остальных компонентов в рецептуре ДПКт, поливинилхлорида (ПВХ) и березовых опилок, являются связанными со входными факторами. Рецептуры ДПКт для получения математической модели влияния входных факторов на физико-механические свойства представлена в таблице 4.1. Результаты физико-механических показателей композитов приведены в таблице 4.2. Таблица 4.1 – Рецептуры ДПКт Номер опыта ПВХ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 47,62 47,62 50,00 50,00 48,78 48,78 47,62 50,00 48,78 Массовая доля компонентов, мас. % Сосновые Березовые опилки опилки 47,62 0 0 47,62 50,00 0 0 50,00 48,78 0 0 48,78 23,81 23,81 25,00 25,00 24,39 24,39 52 ДОТФ 4,76 4,76 0 0 2,44 2,44 4,76 0 2,44

Таблица 4.2 – Результаты физико-механических показателей ДПКт (Yj) Номер опы та 1 2 3 4 5 6 7 8 9 МоЧисТвёр дуль Со- Плало дост упру упру сно- сти- Плот ь по госгосвые фи- ност Бри ти, опил каь, ти, нелМПа 3 % ки, тор, кг/м лю, (МУ % % (ЧУ) МПа ) (НВ) Проч ность при изгибе, МПа (ПИ) Z1 47,62 0 50 0 48,78 0 23,81 25 24,39 Y5 95,587 30,807 19,869 35,031 32,787 29,61 22,283 23,625 35,869 Z2 4,76 4,76 0 0 2,44 2,44 4,76 0 2,44 Y1 126 123 120 122 125 116 109 111 122 Y2 93,9 51 37,8 26,2 48 51,5 37,8 21,8 53,9 Y3 1114 621 434 274 577 626 435 214 663 Y4 74,5 85 84,8 86 85,1 75,3 50,6 91,1 91,8 Уд арная вяз кос ть, кД ж/м 2 (УВ ) Y6 4 2,4 3,8 2,7 3,6 2,7 1,6 4 4,4 Водо Водо попогла гла ще- щение ние за 24 за 7 ч, % сут, (В24 % ) (В7) Y7 5,1 4,9 17 4,5 8,9 5,7 11,1 8,3 7,4 Y8 8,5 6,3 16,2 3,5 10,4 7,1 13,3 10,5 9,5 Результаты предварительных опытов показали, что ДПКт, полученные без содержания в них сосновых опилок и ДОТФ, имеют не нулевые значения всех измеренных свойств композитов (Yj), то в качестве математической модели был выбран следующий вид полиноминальной модели второго порядка со свободным членом: ./ = &+ / + / + / + / + / . 4.1 Получение математической модели влияния входных факторов на плотность ДПКт 4.1.1 Парный корреляционный анализ результатов экспериментов Необходимые расчёты коэффициентов математической модели влияния входных факторов (Zi) на плотность ДПКт и статистической оценки её 53

адекватности для доверительной вероятности (Р) 0,95 были выполнены в программе MS Excel с использованием инструментов анализа «Корреляция» и «Регрессия» [24, 25]. Результаты расчётов приведены в таблицах 4.3-4.6. Таблица 4.3 – Матрица коэффициентов парной линейной корреляции Z1 Z2 Y1 Z1 1 -0,02438 0,232811 Z2 Y1 1 0,122453 1 Выполним проверку на значимость (равенство нулю) рассчитанных коэффициентов парной линейной корреляции для доверительной вероятности 0,95 с использованием Т-статистики [24] для величин (y и х), подчиняющихся закону нормального распределения. Для этого рассчитаем параметр Тстатистики (tP) для каждой пары величин по формулам: 01 = 2345 2√67 9 8 7345 ; Рассчитанное в Excel по формуле СТЬЮДЕНТ.ОБР.2Х(1-Р;N-1) критическое значение (tкр) равно 2,306. Значения tP приведены в таблице 4.4. Таблица 4.4 – Рассчитанные значения tP Z1 Z2 Y1 Z1 Z2 -0,06451 0,633365 0,326437 Y1 Так как модули всех рассчитанных значений tP меньше tкр, то с доверительной вероятностью 0,95 можно считать отсутствие связи между входными факторами Z1 и Z2, Y1 и Z1, Y1 и Z2. Следовательно, по данным корреляционного анализа с доверительной вероятностью 0,95 можно считать, что отсутствует парная линейная зависимость плотности ДПКт от содержания в композитах сосновых опилок и ДОТФ. 54

4.1.2 Регрессионный анализ результатов экспериментов Для получения полиноминальной модели второго порядка исходные данные для расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» были представлены в форме таблицы 4.5. Таблица 4.5 – Исходные данные для инструмента анализа «Регрессия» Номер опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Z1 Z2 Z1 Z2 :<; :<< Y1 47,62 0 50 0 48,78 0 23,81 25 24,39 4,76 4,76 0 0 2,44 2,44 4,76 0 2,44 226,6712 0 0 0 119,0232 0 113,3356 0 59,5116 2267,6644 0 2500 0 2379,4884 0 566,9161 625 594,8721 22,6576 22,6576 0 0 5,9536 5,9536 22,6576 0 5,9536 126 123 120 122 125 116 109 111 122 Полученные результаты расчётов и их регрессионный анализ показал, что с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов отсутствует влияние на плотность ДПКт содержания в композитах сосновых опилок и ДОТФ. 4.2 Получение математической модели влияния входных факторов на твёрдость по Брюнеллю ДПКт Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для твёрдости по Брюнеллю ДПКт (НВ) проводились для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). 55

Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для твёрдости по Брюнеллю ДПКт приведены в таблицах 4.64.8. Таблица 4.6 – Коэффициенты уравнения регрессии Y-пересечение (b0) Z1*Z2 (b12) Коэффициенты Стандартная ошибка tстатистика PЗначение 35,60934 6,18265 5,75956 0,000692 0,195579 0,064799 3,018255 0,019434 Таблица 4.7 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS 1991,235 1530,061 3521,296 MS 1991,235 218,5801 F 9,109862 Значимость F 0,019434 Таблица 4.8 – Регрессионная статистика Множественный R 0,751986 R-квадрат 0,565484 Нормированный R-квадрат 0,50341 Стандартная ошибка 14,78446 Наблюдения 9 Значимое влияние на твёрдость по Брюнеллю ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только совместное изменение входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на твёрдость по Брюнеллю ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии: .= = 35,60934 + 0,195579 . Положительный знак коэффициента b12 (табл. 4.6) говорит о том, что с увеличением содержания в ДПКт сосновых опилок при наличии в композите ДОТФ или наоборот, или при одновременном увеличении обоих входных факторов растёт показатель твёрдости по Брюнеллю ДПКт. Максимальное 56

значение этого показателя достигается при максимальных значениях 90 70 50 30 4 2 0 5 10 15 0 20 25 30 35 40 45 50 Содержание сосновых опилок, % 30-50 50-70 Содержание ДОТФ Твердость по Бринелю, МПа входных факторов в исследованной факторной области (рисунок рисунок 4.1). 70-90 Рисунок 4.1 – Диаграмма показателей входных факторов в исследованной факторной области Данные таблицы 4.7 свидетельствуют об адекватности полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» меньше 0,05. Значение множественного коэффициента корреляции (R) близко к 1 (табл. 4.8), что свидетельствует о неплохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений твёрдости по Брюнеллю ДПКт (рис. 4.2). 57

Y2, МПа 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Y2 0 50 100 150 200 250 Предсказанное Y2 Z1*Z2, %·% Рисунок 4.2 - График соответствия фактических и рассчитанных значений твердости по Бринелю 4.3 Получение математической модели влияния входных факторов на плотность Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для плотности проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для плотности приведены в таблицах 4.9-4.11. Таблица 4.9 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z1*Z1(b12) Коэффициенты Стандартная ошибка tстатистика PЗначение 117,1029 0,002247 2,761458 0,001946 42,40618 1,154541 1,06E-09 0,286166 58

Таблица 4.10 – Дисперсионный анализ df Регрессия Остаток Итого 1 7 8 Значимость F 46,70914 46,70914 1,332965 0,286166 245,2909 35,04155 292 SS MS F Таблица 4.11 – Регрессионная статистика Множественный R 0,399954 R-квадрат 0,159963 Нормированный R-квадрат 0,039958 Стандартная ошибка 5,91959 Наблюдения 9 Значимое влияние на плотность ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только совместное изменение входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на плотность ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 117,1029 + 0,001946 . Данные таблицы 4.10 свидетельствуют о несоответствии полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» больше 0,28. Значение множественного коэффициента корреляции (R) не доходит к 1 (табл. 4.11), что свидетельствует о плохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений плотности ДПКт (рис. 4.3). 59

Z1*Z1 График подбора 130 125 Y1 120 115 Y1 110 Предсказанное Y1 105 0 1000 2000 3000 Z1*Z1 Рисунок 4.3 - График соответствия фактических и рассчитанных значений плотности 4.4 Получение математической модели влияния входных факторов на модуль упругости Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для модуля упругости проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для модуля упругости приведены в таблицах 4.12-4.14. Таблица 4.12 – Коэффициенты уравнения регрессии Коэффициенты Стандартная tPошибка статистика Значение Yпересечение Z2 340,2817 87,75299 108,990541 35,29241676 60 3,122122 2,486455 0,016794 0,041813

Таблица 4.13 – Дисперсионный анализ df Регрессия Остаток Итого 1 7 8 Значимость F 261770,6757 261770,6757 6,182456027 0,041813045 296386,2132 42340,8876 558156,8889 SS MS F Таблица 4.14 – Регрессионная статистика Множественный R 0,68482933 R-квадрат 0,468991212 Нормированный R-квадрат 0,393132814 Стандартная ошибка 205,7690152 Наблюдения 9 Значимое влияние на модуль упругости ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только пластификатор ДОТФ для изменения входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на модуль упругости ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 340,2817 + 87,752988 . Данные таблицы 4.13 свидетельствуют об адекватности полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» меньше 0,05. Значение множественного коэффициента корреляции (R) близко к 1 (табл. 4.14), что свидетельствует о неплохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений модуля упругости ДПКт (рис. 4.4). 61

Рисунок 4.4 - График соответствия фактических и рассчитанных значений модуля упругости 4.5 Получение математической модели влияния входных факторов на число упругости Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия Регрессия» для числа упругости проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение ние параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для числа упругости приведены в таблицах 4.15-4.17. 4.15 Таблица 4.15 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z2*Z2 КоэффициКоэффиц енты 87,89604052 Стандартная ошибка 4,977720334 t-статистика статистика -0,778999887 0,778999887 0,36802663 -2,116694345 2,116694345 62 17,65789048 PЗначение 4,60467E07 0,0720724 49

Таблица 4.16 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS MS F Значимость F 502,3645632 502,3645632 4,480394949 0,072072449 784,8754368 112,1250624 1287,24 Таблица 4.17 – Регрессионная статистика Множественный R R-квадрат Нормированный R-квадрат Стандартная ошибка Наблюдения 0,624711837 0,390264879 0,303159862 10,58891224 9 Значимое влияние на число упругости ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только совместное изменение входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на число упругости ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 87,8960 − 0,7789999 . Данные таблицы 4.16 свидетельствуют о небольшом отклонении полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» чуть больше 0,05. Значение множественного коэффициента корреляции (R) близко к 1 (табл. 4.17), что свидетельствует о неплохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений числа упругости ДПКт (рис. 4.5). 63

Рисунок 4.5 – График соответствия фактических и рассчитанных значений числа упругости 4.6 Получение математической модели влияния входных факторов на прочность при изгибе Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия Регрессия» для прочности при изгибе проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для прочности при изгибе приведены в таблицах 4.18-4.20. Таблица 4.18 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z2 КоэффициКоэффиц енты 24,41849847 4,893570084 Стандартная t-статистика статистика ошибка 11,70237979 2,086626729 3,789367966 64 1,291394799 P-Значение 0,075344353 0,237571915

Таблица 4.19 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS MS F Значимость F 814,0456966 814,0456966 1,667700528 0,237571915 3416,872383 488,1246261 4230,91808 Таблица 4.20 – Регрессионная статистика Множественный R 0,43863884 R-квадрат 0,192404032 Нормированный R-квадрат 0,077033179 Стандартная ошибка 22,09354263 Наблюдения 9 Значимое влияние на прочность при изгибе ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только пластификатор ДОТФ для изменения входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на прочность при изгибе ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 24,4185 + 4,893570 . Данные таблицы 4.19 свидетельствуют о несоответствии полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» больше 0,24. Значение множественного коэффициента корреляции (R) не доходит к 1 (табл. 4.20), что свидетельствует о плохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений прочности при изгибе ДПКт (рис. 4.6). 65

Рисунок 4.6 – График соответствия фактических и рассчитанных значений прочности при изгибе 4.7 Получение математической модели влияния входных факторов на ударную вязкость Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия Регрессия» для ударной вязкости проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для ударной вязкости приведены в таблицах 4.21-4.23. 4.21 Таблица 4.21 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z1 КоэффициКоэффиц енты 2,636986494 0,024895818 Стандартная t-статистика статистика ошибка 0,432012655 6,103956593 0,013711854 66 1,815641958 P-Значение 0,000489171 0,112283145

Таблица 4.22 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS 2,216225686 4,705996537 6,922222222 MS 2,216226 0,672285 F 3,296556 Значимость F 0,112283 Таблица 4.23 – Регрессионная статистика Множественный R R-квадрат Нормированный R-квадрат Стандартная ошибка Наблюдения 0,56582772 0,32016101 0,22304116 0,81993001 9 Значимое влияние на ударную вязкость ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только пластификатор ДОТФ для изменения входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на ударную вязкость ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 2,6369 + 0,024896 . Данные таблицы 4.22 свидетельствуют о несоответствии полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» больше 0,11. Значение множественного коэффициента корреляции (R) не доходит к 1 (табл. 4.23), что свидетельствует о плохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений ударной вязкости ДПКт (рис. 4.7). 67

Рисунок 4.7 – График соответствия фактических и рассчитанных значений ударной вязкости 4.8 Получение математической модели влияния входных факторов за 24 часа водопоглощения Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия Регрессия» для 24 часового водопоглощения проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее значение параметра «Р-Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для 24 часового водопоглощения приведены в таблицах 4.244.26. Таблица 4.24 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z1 КоэффициКоэффиц енты 10,7619719 -0,109097209 0,109097209 Стандартная t-статистика статистика ошибка 1,833667856 5,869095579 0,058199652 68 -1,874533709 1,874533709 P-Значение 0,000618507 0,10298968

Таблица 4.25 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS MS F Значимость F 42,55871221 42,55871221 3,513876626 0,10298968 84,78128779 12,11161254 127,34 Таблица 4.26 – Регрессионная статистика Множественный R 0,578111776 R-квадрат 0,334213226 Нормированный R-квадрат 0,23910083 Стандартная ошибка 3,480174211 Наблюдения 9 Значимое влияние на 24 часовое водопоглощение ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только наполнитель сосновые опилки для изменения входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на водопоглащение за 24 часа ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 10,76197 − 0,109097 . Данные таблицы 4.25 свидетельствуют о несоответствии полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» больше 0,10. Значение множественного коэффициента корреляции (R) не доходит к 1 (табл. 4.26), что свидетельствует о плохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений 24 часового водопоглощения ДПКт (рис. 4.8). 69

Рисунок 4.8 – График соответствия фактических и рассчитанных значений водополгащения за 24 часа 4.9 Получение математической модели влияния входных факторов водопоглощения 7 суток Расчёты в Excel с инструментом анализа «Регрессия» « для водопоглощения за 7 суток проводилось для доверительной вероятности 0,95 при последовательном едовательном исключении из пяти факторных переменных (табл. 4.5) переменной, имеющей наименьший уровень значимости эффекта её влияния (наибольшее наибольшее значение параметра «Р-Значение Значение» из всех других переменных со значением этого параметра больше 0,05). Окончательные результаты расчётов в Excel с инструментом анализа «Регрессия» для водопоглощения за 7 суток приведены в таблицах 4.27-4.29. Таблица 4.27 – Коэффициенты уравнения регрессии Yпересечение Z1*Z1 КоэффициКоэффиц енты 12,158 12,15899519 -0,002701043 0,002701043 Стандартная t-статистика статистика ошибка 1,204112973 10,09788572 0,000848609 70 -3,182907133 3,182907133 P-Значение 2,00628E-05 0,015428108

Таблица 4.28 – Дисперсионный анализ Регрессия Остаток Итого df 1 7 8 SS MS F Значимость F 67,49766784 67,49766784 10,13089782 0,015428108 46,63788772 6,662555388 114,1355556 Таблица 4.29 – Регрессионная статистика Множественный R R-квадрат Нормированный R-квадрат Стандартная ошибка Наблюдения 0,769013396 0,591381603 0,533007547 2,581192629 9 Значимое влияние на водопоглощение за 7 суток ДПКт с доверительной вероятностью 0,95 в исследованной области изменений значений входных факторов оказывает только совместное изменение входных факторов. Математическую модель влияния входных факторов на водопоглащение ДПКт можно представить следующим уравнением регрессии .= = 12,15899 − 0,002701 . Данные таблицы 4.28 свидетельствуют об адекватности полученного уравнения регрессии с доверительной вероятностью 0,95, так как параметр «Значимость F» меньше 0,05. Значение множественного коэффициента корреляции (R) близко к 1 (табл. 4.29), что свидетельствует о неплохом соответствии фактических и рассчитанных по уравнению регрессии значений водопоглощения за 7 суток ДПКт (рис. 4.9). 71

Рисунок 4.9 – График соответствия фактических и рассчитанных значений водопоглащения за 7 суток 72

5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ По предлагаемой технологии предусматривается производство террасной доски из ДПКт с поливинилхлоридом и древесным опилом методом вальцевания. 5.1 Характеристика готовой продукции Технические характеристики террасной доски (декинга) из ДПКт приведены в таблице 5.1 [26]. Таблица 5.1 – Технические характеристики террасной доски № Наименование показателя Ед. Предельное изм. значение 1 Плотность кг/м3 1300 2 Предел прочности при изгибе МПа 25 % 5,0 Водопоглощение 3 по длине Выдержка 2 часа в кипящей воде Разбухание по ширине 1,5 % по толщине 4 Твердость при вдавливании шарика 0,3 Н/мм2 трещины не более Стойкость к удару падающим 5 углубления не бошаром лее мм 6 Несущая способность профильной доски при расстоянии между опорами 400 мм. Н 7 Сопротивление жению Коэффициент линейного теплового по длине 9 расширения (в диапазоне температур по ширине +30…+80 °С) по толщине 73 90 10 сколь- Коэффициент трения, не менее Сопротивление изгибу под температурной нагруз8 кой (величина прогиба под воздействием груза 85 кг) 0,7 1 2000 0,43 мм 10 5×10-5 °С-1 7×10-5 9×10-5

Продолжение таблицы 5.1 Стойкость к циклическим климатическим воздействиям (потеря прочности при статическом изги10 бе после 20 циклов вымачивание/замораживание/нагрев, не более) 11 % 20 Условная светостойкость -24 часа уф-облучения (вибалл зуально - по серой шкале) 2 Метод A: тест на гриОценка воздействия бостойкость 12 микроорганизмов Метод B: определения балл фунгистатического действия 0 0 5.2 Характеристика исходного сырья Характеристики исходного сырья представлены в таблицах 5.2 – 5.4. Таблица 5.2 – Технические характеристики ПВХ-С-СИ-67 № п/п 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. Метод испытаний Наименование показателей Внешний вид: цвет Количество загрязнений и посторонних веществ, шт, не более Значение К Насыпная плотность, г/см 3 Остаток после просева на сите с сеткой № 0315, %, не более Остаток после просева на сите с сеткой № 0063, %, не более Масса поглощения пластификатора, г на 100 г поливинилхлорида, не менее Массовая доля влаги и летучих веществ, %, не более Сыпучесть, с, не более Массовая доля винилхлорида, млн -1, не более ГОСТ 14332-78 п. 3.4.1 Нормы для марки СИ-67 Однородный порошок белого цвета ISO 1265:2007 6 ГОСТ 14040-82 ISO 60:1977 66-68 0,54-0,60 ISO 4610:2001 0,1 ISO 4610:2001 95 ISO 4608:1998 20 ISO 1269:2006 0,3 ISO 6186:1998 25 ГОСТ 25737-91 0,5 74

Продолжение таблицы 5.2 22. Термостабильность пленки при 160 oC, мин. не менее ТУ 2212-01246696320-2008 п. 5.2 19 Таблица 5.3 – Технические характеристики пластификатора ДОТФ № п/п Метод испытаний Наименование показателей 13. Внешний вид ГОСТ 8728 п. 3.4 14. Цветность по платиновокобальтовой шкале, ед. Хазена, не более ГОСТ 8728 п. 3.4 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. ГОСТ 18995.1/ГОСТ Р Плотность при 20 С, г/см 57037 ТУ 20.59.56-029Массовая доля диоктилтерефта53505711-2018 п. лата, %, не менее 5.3 ТУ 20.59.56-029Кислотное число, мгКОН/г, не 53505711-2018 п. более 5.4 Массовая доля воды, %, не боГОСТ 14870 п. 2 лее Массовая доля летучих веществ ГОСТ 8728 п. при 100 оС за 6 ч., %, не более 3.11 ТУ 20.59.56-029Массовая доля летучих веществ 53505711-2018 п. при 125 оС за 3 ч., %, не более 5.5 Показатель преломления при 20 ГОСТ 18995.2 о С ТУ 20.59.56-029Показатель преломления при 25 53505711-2018 п. о С 5.6 Удельное объемное электриче- ТУ 20.59.56-02953505711-2018 п. ское сопротивление при 30 оС, 11 5.7 10 , Ом*см, не менее о 3 75 Нормативное значение Прозрачная жидкость, без присутствия взвешенных веществ и механических примесей 15 0,981-0,987 99,0 0,03 0,05 0,10 0,10 1,487-1,492 1,487-1,493 4

Продолжение таблицы 5.3 Температура вспышки в открытом тигле, оС, не менее 24. ГОСТ 4333 220 Таблица 5.4 – Характеристики опилок Древесные опилки № п/п Наименование показателей 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. Плотность, г/см3 Насыпная плотность, кг/м3 Зольность, % Теплопроводность, МДж/кг Истираемость, % Влажность, % Содержание SO2 и SCb в газах горения паллет, % Хвойных пород Лиственных пород 1147 1141 Смесь (хвойный опил : лиственный опил = 1:1) 1144 526 511 520 0,5 0,5 0,5 18,9 18,0 18,4 0,21 8,7 0,20 8,5 0,20 8,3 0 0 0 5.3 Условия хранения и транспортировки исходного сырья Древесные опилки хранится в крытых складах защищенных от атмосферных осадков и почвенной влаги. Транспортируется в бумажных мешках по 25 кг. Поливинилхлорид суспензионный марки СИ-67 хранят в закрытом сухом помещении, исключающем попадание прямых солнечных лучей, на полках или поддонах, отстоящих от пола не менее чем на 5 см и от нагревательных приборов не менее чем на 1 м, при температуре не выше 30 °С, относительной влажности - не более 80 %. Поливинилхлорид (ПВХ) упаковывается в мешки по 25 кг. Гарантийный срок хранения - 12 месяцев. Поливинилхлорид (ПВХ) перевозят всеми видами транспорта в соответствии с правилами перевозок грузов, действующими на данном виде транспорта. 76

Диоктилтерефталат (ДОТФ) следует хранить в герметично закрытой ёмкости в таре завода – изготовителя. Допускается хранение на открытых площадках под навесом, исключая попадания солнечного света. Срок хранения:1 год с даты изготовления. Диоктилтерефталат допустимо перевозить всеми видами крытого транспорта [27]. 5.4 Технологический процесс производства Стандартный процесс производства изделий из ДПКт предусматривает экструзионный метод. В данной работе мы рассмотрим альтернативный метод – метод вальцевания в производственных масштабах, который ранее никогда не использовался для производства изделий данного типа. Технологический процесс производства ДПКт с высоким содержанием наполнителя включает в себя следующие операции: 1) прием и храние сырья; 2) взвешивание, дозирование и смешение компонентов; 3) переработку композиции на вальцах; 4) формование и калибрование ДПКт; 5) охлаждение, шлифование и резка ДПКт; 6) сортировка и хранение готового продукта; 7) дробление твердых отходов производства. Схема технологического процесса производства ДПКт представлена на рисунке 5.1. 77

Рисунок 5.1 – Схема технологического процесса производства изделий из ДПКт методом вальцевания 1 – смеситель СГУ-800; 2, 4, 6, 8 – конвееры; 3 – смеситель СП-250-80; 5, 7 – вальцы № 1,2; 9 - вакуум-калибровочный стол; 10 – тянущее устройство; 11 – отрезное устройство; 12 – укладчик; 13 – шлифовальная установка; 14 – мельница-дробилка. Автоматически дозированные компоненты – древесный опил, поливинилхлорид, пластификатор ДОТФ - предварительно перемешиваются в лопастном смесителе СГУ-800 (1) (рисунок 5.1), после чего смесь конвейером (2) подается для пластикации в горячий роторный смеситель СП-250-80 (3), при вращающихся лопастях. Пластикация массы происходит в течение 1,5 … 4,5 мин. Затем массу выгружают на закрытый конвейер (4), который транспортирует ее на вальцы № 1 (5), где процесс пластикации массы заканчивается и она получает форму ленты заданной толщины. Сняты с вальцов ленты двойным конвейером (6) подаются на вальцы № 2 (7), которые раскатывают их до заданной толщины и ширины. Далее качающийся конвейер (8) передает полосы на вакуумкалибровочный стол (9), где охлаждается водой и калибруется, шлифуется 78

(13), отрезается на заданный размер по длине (11) и укладывается при помощи укладчика (12). В случае производства несоответствующей продукции, твердые отходы ДПКт подвергаются дроблению в мельнице-дробилке (14) и могут быть повторно вовлечены в процесс производства. 5.5 Технологический контроль производства террасной доски из ДПКт Технологический контроль производства террасной доски (декинга) из ДПКт предусматривает: 1. Проведение входного контроля поступающего на производство сырья. В лаборатории отдела технического контроля (ОТК) производятся замеры влажности древесного опила, прел текучести расплава (ПТР) полимера, замеры плотности пластификатора; 2. Постоянный мониторинг параметров технологического процесса. Стабильность технологических параметров поддерживаются программой компьютерного обеспечения оборудования; 3. Контроль декинга на соответствие их качества нормам техниче- ских условий (ТУ); Контроль геометрических размеров декинга. Для измерения толщины используют контактные измерительные приборы - микрометр, штангенциркуль. Для измерения ширины и длины используют рулетку измерительную. Все измерительные приборы обязательно проходят метрологическую поверку и калибровку в научно-исследовательском институте метрологии. Оценка внешнего вида. Осуществляется путем визуального просмотра готовой продукции. Декинг должен четко соответствовать стандартной конфигурации. На поверхности продукции не допускаются какие-либо дефекты. Ударную вязкость декинга определяют сверхмощным устройством регулируемой высоты. Определяют энергию, вызывающую разрушение декинга при свободном падении на него предмета стандартного геометрического размера. 79

Определение цвета готовой продукции осуществляется двумя способами: 1. цвет определяется спектрофотометром по стандартным коорди- натам L, a, b. 2. система визуальной оценки цвета с шестью источниками света по выбору: искусственный дневной свет, горизонтальное освещение, освещение лампами накаливания, белый флуоресцентный, обычный флуоресцентный, ультрафиолет. Термостойкость декинга определяют устройством для проверки деформации материала при нагреве. Нагревание образцов производиться до температуры 49 оС. Определяется изменение линейных размеров под действием температуры. Цветостойкость декинга является одной из основных потребительских характеристик готовой продукции. Она определяется визуально, после выдержки образцов материала в камере погодных условий с ускоренными погодными циклами. 5.6 Виды брака продукции, его причины и методы устранения Возможные виды брака продукции, его причины и методы устранения приведены в таблице 5.6. Таблица 5.6 – Виды брака продукции, его причины и методы устранения Дефекты Причины Способы устранения 1. Потемнение по- Разложение полимера из-за Вычистить вальцы, трансверхности перегрева расплава портеры и формующий инструмент. Отрегулировать температурный режим 2. Несоответствие 1. Нарушение рецептуры показателей каче- 2. Несоблюдение темпераства ТУ турно-временных режимов вальцевания 80 1. Привести дозирование компонентов в соответствие с рецептурой 2. Привести в соответствие с требованиями технологического регламента

Продолжение таблицы 5.6 3. Среднее значение толщины больше (или меньше заданного) Несоответствие между скоростями подачи расплава и отвода изделия. Неточная калибровка формующего зазора. Повышенное разбухание массы из-за несоответствия температурно-скоростных параметров производства Уменьшить (увеличить) частоту вращения валков или увеличить (уменьшить) скорость отвода изделия. Откалибровать формующий зазор. Отрегулировать температурно-скоростные параметры процесса в соответствии реологическими показателями сырья 4. Низкая механи- Плохое перемешивание Увеличить сопротивление ческая прочность (неоднородность) расплава. массы на выходе с валков. Не отрегулирован темпера- Отрегулировать турный режим температурный режим 5. Продольные 1. Наличие дефектов на раполосы и риски бочей поверхности формующей головки. 2. Разложение полимера в материальном цилиндре и головке 6. Посторонние Недостаточно плотный павключения кет фильтрующих сеток 1. Прочистить формующую головку 2. Вычистить материальный цилиндр и формующую головку, отрегулировать температуру нагрева Увеличить число фильтрующих сеток 7. Разнотолщин- 1 . Смещение формующего ность в попереч- зазора ном направлении 2. Неравномерное распределение температур в сечении головки 1. Отрегулировать формующий зазор. 2. Отрегулировать температуру в головке 5.7 Безопасное ведение процесса Работа на вальцах должна выполняться в соответствии с правилами техники безопасности и противопожарной техники, а также нормами производственной санитарии. 81

Обслуживающий персонал должен постоянно следить за нормальной работой оборудования, непрерывной работой вентиляции, наличием и исправностью приборов, блокировочных и сигнализирующих устройств. На участке выхода изделия из формующей головки обслуживающий персонал должен работать в спецодежде и защитных перчатках во избежание получения термических ожогов, возникающих при соприкосновении с расплавом полимера и нагретыми частями вальцов. Возможные неполадки, аварийные ситуации и способы их ликвидации представлены в таблице 5.7. Таблица 5.7 – Возможные неполадки, аварийные ситуации и способы их ликвидации Возможные производственные неполадки и аварийные ситуации Возникновения очага возгорания Внезапное отключение электроэнергии Причины возникновения Способы устранения 1. Нарушение изоляции электропровода 2. Местный перегрев массы полимера при нарушении системы нагрева вальцов 1. Обесточить оборудование. Выключить приточно-вытяжную вентиляцию 2. Прекратить подачу сырья. Вызвать пожарную команду по телефону 101 или 112. Доложить начальнику производства 1. Прекращение по- 1. Отключить оборудодачи электроэнергии вание. Закрыть шибер 2. Короткое замыка- на загрузочной воронке ние вальцов 2. Вызвать дежурного электромонтера Для обеспечения безопасного ведения процесса необходимо соблюдать следующие правила: 82

• помещение должно быть оснащено приточной и вытяжной вен- тиляцией; • в цехах и на территории завода разрешается пользоваться только электрическим освещением; • все движущиеся части должны иметь ограждения; • электропровода не должны касаться нагретых частей установки; • ремонт оборудования проводить после полной остановки и сня- тия напряжения с электродвигателей и нагревательных элементов; • не производить выгрузку полимера из загрузочной воронки на работающей установке; • для аварийной остановки оборудования пользоваться аварийны- ми кнопками на пульте управления. Основными вредными веществами, выделяющимися при переработке поливинилхлорида, является хлор. Все вредные вещества удаляются из производственных помещений системами общеобменной и местной вентиляции. Количество максимальных выбросов всех веществ небольшие, применение газоочистных установок в цехе нецелесообразно. Водопотребление на проектируемом производстве осуществляется на производственные и хозяйственно-бытовые нужды. В целях сокращения водопотребления в цехе предусмотрена оборотная система водоснабжения. В цехе по переработке пластических масс образуется две группы отходов: • Отходы производства образуются на производственных участках и направляются на участок дробления, в случае необходимости, на окраску пигментами, а затем повторно используются в производстве отдельных видов продукции; • Отходы потребления - лом черных и цветных металлов, бумага ламинированная от упаковки, отработанные масла и т.д. – передаются соответствующим организациям на договорной основе. 83

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В ходе научно-исследовательской работы, была изучена, возможность применения опила разных пород древесины с поливинилхлоридной матрицей для производства древесно-полимерных композитов (ДПКт). А так же исследовалась возможность производства такого типа ДПКт методом вальцевания. Как показала практика, для смешения компонентов сырья, исследуемых в работе рецептур, методом вальцевания в лабораторных условиях, дополнительного измельчения древесных опилок не потребовалось. Смесь компонентов превосходно поддавалась смешению, более того, благодаря хрупкости опилок, и зазору между валками равному 0,5 мм, измельчение наполнителя происходило мгновенно, в процессе переработки. Полученная после вальцевания фракция опилок, вполне подходит для производства ДПКт применяемых, в перспективе, для наружной отделки фасадов домов, веранд и т.д. Большим преимуществом такого типа ДПКт становиться его себестоимость за счет удешевления используемых опилок в качестве наполнителя. Стоимость древесных опилок и мелкодисперсной древесной муки приведена в сравнительной таблице 1. Таблица 1 – Сравнительная таблица стоимости древесных опилок и мелкодисперсной древесной муки Тип сырья Стоимость, руб/кг, от (в т.ч НДС 20%) Сосновые опилки Березовые опилки Древесная мука 1,8 2,3 10 Из таблицы 4.2 можно сделать однозначный вывод, что самое выгодное в производстве сырье, в качестве наполнителя - это сосновые опилки. О преимуществе использования сосновых опилок, также свидетельствуют результаты экспериментальных данных. За счет их более высокой плотности, четко прослеживаются наиболее высокие физико-механические 84

показатели исследуемых в работе образцов ДПКт, по сравнению с образцами с использованием в качестве наполнителя березовых опилок. Как показывает практика, ранее изученные ДПКт, не отличаются по прочностным характеристикам. Об этом свидетельствуют полученные в работе показатели физико-механических свойств исследуемых образцов. 85

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ ЛИТЕРАТУРЫ Глухих В.В. Получение и применение изделий из древесно- 1. полимерных композитов с термопластичными полимерными матрицами: Учеб. пособие / В. В. Глухих, Н.М. Мухин, А.Е. Шкуро, В.Г. Бурындин. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2014. – 85 с. 2. Энциклопедия ДПК. – Режим доступа: URL: https://wpc.moscow/ru/энциклопедия-дпк/о-дпк 3. А. А. Клёсов, Древесно-полимерные композиты. Научные основы и технологии, СПб, 2010. 736 с. 4. Спиглазов А.В., Ставров В.П. Влияние размеров древесных час- тиц и степени наполнения на текучесть композиций с термопластичными полимерными матрицами // Пластические массы. 2004. №12. С. 50–52. 5. Stavrov V. P., Spiglazov A. V., Sviridenok A. I. Rheological parame- ters of molding thermoplastic composites high-filled with wood particles //Int. J. Appl. Mech. and Eng. 2007. V. 12. No 2. Р. 527-536. 6. Пат. 6939496 USA. 2005. 7. Сафин Р.Г., Игнатьева Г.И., Галиев И.М. Исследование высоко- наполненных древесно-полимерных композиционных материалов, получаемых экструзионным методом // Вестник Казан. технол. ун-та. 2012. Т. 15. № 17. С. 87-88. 8. термины Древесно-полимерные композиционные материалы. Некоторые и факторы развития. – Режим доступа: URL: http://c-a- m.narod.ru/wpc/wood-plastic-composites-defin.html 9. Режим Древесный композит: характеристика материала и применение. – доступа: URL: http://strport.ru/instrumenty/drevesnyi-kompozit- kharakteristika-materiala-i-primenenie 86

10. Файзуллин И.З. Древесно-полимерные композиционные мате- риалы на основе полипропилена и модифицированного древесного наполнителя. Диссертация / И.З. Файзуллин. – Казань, 2015. – 120 с. 11. Состав и основные свойства древесно-полимерных композитов. – Режим доступа: URL: http://www.dpk-deck.ru/page/sostav.html 12. ДПК 2013: Мода на ДПК [Электронный ресурс]. – Режим досту- па: http://plastinfo.ru/information/articles/459/. 13. Пресман Г., Семочкин А. Оцениваем качество ДПК-профиля. Пластикс. – 2012. – № 1–2. – С. 55–58. 14. Семочкин А., Пресман Г. ДПК: стандарты качества // Пластикс. – 2013. – № 3. – С. 41–44. 15. Дерево.ру / Деловой журнал по дереобработке / 4-2008 – июль – август / станицы 88-94 16. Террасная доска из полимерного композита: состав, применение, отличия от дерева, характеристики https://polov.ru/polimernaya-terrasnayadoska.html 17. ДОТФ. - Режим доступа: URL: http://sibur- int.ru/product/Plastics/catalog/item2308.php 18. Поливинилхлорид суспензионный (ПВХ) ТУ 2212-012- 46696320-2008. - Режим доступа: URL: http://www.sibvinyl.ru/products/pvh/ty2008/ 19. Особенности теплоизоляции опилками. - Режим доступа: URL: http://stroitel-list.ru/teploizolyaciya/osobennosti-teploizolyacii-opilkami.html 20. Вальцевание. Режим - доступа: URL: http://plastichelper.ru/biblioteka-on-line-about-polimers/42-pererabotkapolimernyx-materialov-na-valkovyx-mashi/90-valzevanie 21. Глухих В.В., Мухин Н.М., Шкуро А.Е., Бурындин В.Г. Получе- ние и применение изделий из древесно-полимерных композитов с термопластичными полимерными матрицами: Учеб. пособие. – Екатеринбург: Урал. гос. лесотехн. ун-т, 2014 – 85 с. 87

22. Методы формования изделий из древесно-полимерных компози- тов на основе термопластичных смол. - Режим доступа: URL: http://dpkdeck.ru/page/termoformovanie.html 23. Мухин, Н. М. Определение реологических и физико- механических свойств полимерных материалов : метод. указания (для лаб. занятий и науч.-исслед. работ) для студентов очной и заоч. форм обучения : направление 655100, специальность 240502 / Н. М. Мухин, В. Г. Бурындин ; Урал. гос. лесотехн. ун-т, Каф. технологии переработки пластмасс. - Екатеринбург : УГЛТУ, 2011. - 32 с. - Библиогр.: с. 32. 24. Вадзинский, Р. Статистические вычисления в среде Excel / Р. Вадзинский. – СПб.: Питер, 2008. – 608 с. 25. Глухих, В.В. Прикладные научные исследования: Учебник / В.В. Глухих. - Екатеринбург: Ур. госуд. лесотехн. ун-т, 2016. - 240 с. 26. Руководство по качеству ДПК. - Режим доступа: URL: https://e- plastic.ru/specialistam/composite/rukovodstvo-po-kachestvu-dpk/ 27. Диоктилтерефталат (ДОТФ). - Режим доступа: URL: http://vvhk.ru/product/14 28. Азарёнок В.А., Кошелева Н.А., Меньшиков Б.Е. Лесопильно- деревообрабатывающие производства лесозаготовительных предприятий: учеб. пособие. Екатеринбург: Уральский государственный лесотехнический университет, 2015. - 610 с. 88

Рецензии:

Авторизуйтесь, чтобы добавить рецензию

- у работы пока нет рецензий -

Отзывы:

Авторизуйтесь, чтобы оставить отзыв