Разработка эффективного состава композиционных древеснопластиковых плитных материалов на основе местного сырья и отходов производств

Аннотация

Актуальность и востребованность темы диссертации. В настоящее время одной из труднорешаемых задач стало обеспечение строительства, мебельной промышленности и машиностроения материалами на основе древесины. В мировом масштабе объем выпуска полимеров составляет около 200 млн. тонн. В этом аспекте в последниегоды спрос на древесно-полимерные материалы значительно повысился в несколько раз. Проводятся научно-исследовательские работы по разработке древено-пластиковых материалов и использованию готовых продуктов из них в строительстве, машиностроении, мебельной промышленности. На сегодняшний день в мировом масштабе проблема создания и реализации инновационных идей по разработке эффективных составов композиционных древесно-пластиковых материалов и плит на их основе с высокими физико-механическими свойствами и отвечающими современным требованиям, является актуальной и востребованной. Поэтому получение композиционных древено-пластиковых плитных материалов на основе наполнителей из стеблей хлопчатника и полимерных связующих и их внедрение в производство имеет особое значение для решения данной проблемы. Вместе с тем, использование вторичных ресурсов, особенно сельскохозяйственных отходов, обеспечивает потребность республики в древесно-пластиковых материалах и плитах, что приводит к валютосбережению. В республике проведены масштабные мероприятия и достигнуты определенные результаты по обеспеченно строительства, мебельной промышленности, машиностроения древесно-пластиковыми материалами (ДПМ) на основе местного сырья. В четвертом направлении программы Стратегических действий по дальнейшему развитию Республики Узбекистан отмечены важные задачи по поощрению научно-исследовательской и инновационной деятельности, созданию эффективных механизмов, направленных на практическое внедрение научных и инновационнх достижений. В этом аспекте разработка эффективного состава композиционных древесно-пластиковых плитных материалов на основе местного сырья и отходов производств является актуальным. Данное диссертационное исследование, в определенной степени,будет способствовать выполнению задач, предусмотренных в Постановлении Президента Республики Узбекистан ПП-916 от 15 июля 2008 года «О дополнительных мерах по стимулированию внедрения инновационных проектов и технологий в производство», Указе Президента Республики Узбекистан от 04 марта 2015г. №УП-4707 «О программе мер по обеспечению структурных преобразований, модернизации и диверсификации производства на 2015-2019 годы» и Постановлении Кабинета Министров Республики Узбекистан от 22.09.2016г. № 319 «О мерах по созданию современных производств по выпуску древесностружечных плит из стеблей хлопчатника». Целью исследования является разработка эффективных составов композиционных древесно-пластиковых плитных материалов на основе местного сырья и отходов производств. Научная новизна исследования заключается в следующем: обоснована возможность создания импортозамещающих композиционных древесно-пластиковых плитных материалов на основе полимерных связующих и древесных наполнителей из стеблей хлопчатника, используемые в строительстве, машиностроении и мебельной промышленности; определены изменения основных физико-механических свойств композиционных древесно-пластиковых плитных материалов в зависимости от структуры, вида и содержания фракционного состава древесного наполнителя, получаемого из стеблей хлопчатника и полимерных связующих, являющихся компонентами композиционной массы, рассматриваемый как неоднородный материал; возможность наличия пропускания измельченной массы стеблей хлопчатника через пневмосепаратор позволяет получить на этой основе многослойный композиционный деревесно-пластиковый материал и определены оптимальные размеры частиц наполнителя, имеющий в составе волокнистые частицы, которые не позволяют накапливать и забивать пневматический агрегат; разработаны требования к измельченной массе, являющейся основой для разработки технологии получения древесных наполнителей из стеблей хлопчатника и производства композиционных древесно-пластиковых материалов и изделий из них; определены преимущества разработанных композиционных древеснопластиковых плитных материалов имеющие высокие физико-механические и эксплуатационные свойства по сравнению с древесно-стружечными плитами, получаемые непосредственно из древесины. Заключение 1. Разработан научно-обоснованный подход создания эффективных составов композиционных древесно-пластиковых плитных материалов на основе наполнителей из стеблей хлопчатника и полимерных связующих. Это обеспечивает безотходное промышленное производство и позволяет получать материалы с более высокими физико-механическими свойствами, эффективно используемые в машиностроительной, строительной, мебельной и других отраслях промышленности. 2. Изучена структура и физико-химические особенности измельченной массы стеблей хлопчатника, установлена их степень дисперсности. Показано, что измельченная масса из стеблей хлопчатника, при определенной дисперсности и влажности, обладает высокой сыпучестью и хорошо поддается механическому сепарированию. 3. Определено, что качество подготовки многослойного пакета соответствует требованиям заводского оборудования по прессовке композиционных плитных материалов. Рассмотрение наполнителя из стеблей хлопчатника с позиций многокомпонентной массы позволило решить задачу достижения необходимых свойств композиционного материала за счет широкой вариации количественных и качественных параметров пресс композиции. 4. На основании установленных закономерностей определено изменение физико-механических свойств: предел прочности при изгибе и растяжении перпендикулярно пласты плит, модуль упругости, удельное сопротивление выдергивание гвозди и шурупов, водопоглошения и разбухания композиционных материалов от соотношения компонентов стеблей хлопчатника. 5. Установлено, что максимальное значение предела прочности при изгибе композиционных древесно-пластиковых материалов - 14,8 - 22,9 МПа наблюдается при содержании мелких частиц измельченной массы стеблей хлопчатника от 10 до 20% всех рассмотренных плит с плотностью 600, 700 и 800 кг/м3, а максимальное значение предела прочности при растяжении перпендикулярно пласты плит 0,58-0,91 МПа находится при содержании мелкой фракции от 15 до 25%. 6. Исследованием установлено, что мелкая фракция измельченной массы стеблей хлопчатника существенно влияет на водопоглощение и разбухание разрабатываемых композиционных древесно-пластиковых материалов. Показано, что минимальное водопоглощение плит при трех плотностях 650, 750 и 850 кг/см3 находится при содержании мелкой фракции в массе 15-18%. При содержании в стружечной массе 35-40% мелкой фракции разбухание для всех плит минимальное, так для плиты с плотностью 800 кг/см3 - 12,5%, а для плит с плотностью 700 кг/м3 разбухание составляет 35%. 7. Выявлено, что высокое значение предел прочности при статическом изгибе композиционных древесно-пластиковых материалов с плотностью 650, 750 и 850 МПа, при содержании волокнистой части хлопчатника от 20-60% находится в пределах 14-15,5 МПа, 17,5-19,1 МПа и 20-22,2 МПа соответственно. А максимальное значение предела прочности при растяжении перпендикулярно пласты плит имеющие вышеприведенные плотности находятся в пределах волокнистой части хлопчатника с 20 до 40%. Аналогичные закономерности наблюдаются и при испытании образцов на модуль упругости, удельное сопротивление выдергиванию гвоздей и шурупов. Наименьшее водопоглощение и разбухание плит наблюдается при содержании волокнистой части в пределах 30-40%. 8. Определено оптимальные содержания в массе волокнистых частиц который составляет 30-35%. Предложенооптимальное содержание связующего в композиции равное 12-16%, приэтом мелкой фракции в измельченной массе не должно быть более 15%, а содержание древесностружечной части составляет до 50% с длиной 25-30 мм и толщиной 0,3-0,8 мм. 9. Получена опытная партия плит на специализированном предприятии по выпуску композиционных древесно-пластиковых плитных материалов ООО «PROSPER ALL» с высокими физико-механическими свойствами. Экономический эффект от применения 15000 м2 композиционных древеснопластиковых плит в ООО «AZIMUT-MIG» составил 309,315 млн. сум в год, а ожидаемая экономическая эффективность от применения 100000.м2 в строительстве, мебельной промышленности и машиностроении составила более 2 млрд. сум.