авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ  БИБЛИОТЕКА

АВТОРЕФЕРАТЫ КАНДИДАТСКИХ, ДОКТОРСКИХ ДИССЕРТАЦИЙ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Технология получения теплоизоляционных древесных плит

На правах рукописи

ЕРМОЛИНА АННА ВЛАДИМИРОВНА ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ДРЕВЕСНЫХ ПЛИТ 05.21.05 – Древесиноведение, технология и оборудование деревопереработки

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Красноярск – 2012 2

Работа выполнена в Сибирском государственном технологическом университете на кафедре химической технологии древесины и биотехнологии

Научный консультант: – доктор химических наук, профессор Миронов Петр Викторович

Официальные оппоненты: – доктор технических наук, профессор Чистова Наталья Геральдовна – кандидат технических наук, доцент Денисов Сергей Викторович

Ведущая организация: – ФГБОУ ВПО Уральский государственный лесотехнический университет

Защита диссертации состоится « 16 » марта в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.253.04 в Сибирском государственном технологическом университете по адресу 660049, г. Красноярск, пр. Мира 82.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского государствен ного технологического университета.

Автореферат разослан « ».

Ученый секретарь Диссертационного совета _ Мелешко А.В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Энергосбережение в настоящее время является одним из приоритетных направлений. Требования современной нормативной документации по строительной теплофизике направлены на существенное снижение потерь тепла через ограждения зданий и сооружений. Обеспечение необходимых показателей теплового сопротивления предопределяет широкое использование теплоизоляци онных материалов. В связи с этим спрос на данный вид материалов постоянно рас тет, в среднем на 20 % в год.

Повышение требований к экологии жилища стимулирует интерес к созданию безопасных теплоизоляционных материалов из сырья растительного происхождения.

Данные материалы благодаря своим гигроскопическим свойствам способствуют поддержанию благоприятных температурно-влажностных условий в помещениях.

Перспективным сырьем для производства теплоизоляционных материалов являются отходы деревообрабатывающих производств, а также макулатура. Использование данных видов сырья для производства теплоизоляционных материалов позволит не только удовлетворить возрастающий спрос на теплоизоляционные материалы, но и частично решить проблему использования вторичных ресурсов. Поэтому разработка способа получения эффективного экологически чистого теплоизоляционного мате риала на основе отходов и вторичного сырья является актуальной задачей.

Цель работы: разработка способа и технологии получения теплоизоляционных древесных плит, обладающих низкой плотностью и теплопроводностью.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

– исследовать факторы, влияющие на теплопроводность материалов на основе волокон древесины, для создания теплоизоляционных древесных плит с заданными свойствами;

– разработать способ и составы для получения теплоизоляционных материалов на основе различных видов древесных волокнистых продуктов и полимерных свя зующих веществ;

– исследовать теплофизические, механические и гигроскопические свойства полученных материалов, их огнестойкость и поведение в процессе эксплуатации;

– оценить основные технико-экономические показатели изготовления тепло изоляционных материалов на основе древесных волокон.

Научная новизна:

– определены основные закономерности формирования структуры волокни стых материалов с заданной теплопроводностью на основании предложенной теоретической модели структуры;

– разработан способ получения композиционных теплоизоляционных дре весных плит на основе волокон древесины, позволяющий регулировать их плот ность и теплопроводность.

Практическая значимость работы:

Разработан способ и технология получения теплоизоляционных древесных плит, которые по теплофизическим и механическим свойствам отвечают требова ниям ГОСТ 16381 – 77, а по гигроскопическим – аналогичны показателям нату ральной древесины. Отработаны технологические операции производства тепло изоляционных материалов, определены их основные режимные параметры. Ис следованы основные свойства полученных теплоизоляционных материалов. Тех нология производства разработанных плитных материалов может быть реализо вана в виде малых производств.

Научные положения, выносимые на защиту:

– основные закономерности формирования структуры теплоизоляционных материалов на основе волокон древесины, обеспечивающей требуемые теплофи зические свойства;

– компонентный состав плитных теплоизоляционных материалов с регулиру емой плотностью и теплопроводностью;

– основные технологические операции получения теплоизоляционных мате риалов.

Апробация работы. Основные научные положения докладывались и обсуж дались на научно-практических конференциях «Лесной и химический комплексы – проблемы и решения» (Красноярск, 2009, 2010 гг.), международной научно технической конференции «Актуальные проблемы лесного комплекса» (Брянск, 2009, 2010 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 печатных работ, из них 2 в изданиях рекомендуемых перечнем ВАК, принята 1 заявка на изобретение.



Объем диссертации и ее структура. Диссертация состоит из введения, 6 раз делов, общих выводов, списка литературы, содержащего 119 наименований, при ложений. Основной текст диссертационной работы изложен на 152 страницах, включая 44 рисунка, 58 таблиц.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, изложена научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, вы носимые на защиту.

В первой главе приведен подробный анализ различных теплоизоляцион ных материалов, применяемых в строительстве. Доказано, что применение теп лоизоляционных материалов способствует повышению энергоэффективности зданий и сооружений, а так же снижению расхода материалов при строитель стве. Больший интерес вызывают материалы, изготавливаемые в форме матов и плит, поскольку в процессе эксплуатации они сохраняют свою стабильную форму, то есть не оседают и не слеживаются. Это обеспечивает универсаль ность их применения для различных частей зданий.

Анализ литературных источников показал, что перспективным сырьем для производства теплоизоляционных материалов по экономическим и экологиче ским показателям, являются волокна древесины и вторичные волокнистые по луфабрикаты, получаемые из макулатуры и картона.

Во второй главе приведены результаты исследования возможности созда ния теплоизоляционных материалов на основе древесных волокон с требуемы ми теплофизическими свойствами.

Одним из основных показателей эффективности теплоизоляционного ма териала является его коэффициент теплопроводности. Он складывается из сле дующих четырех составляющих: теплопроводности твердой фазы, образующей каркас материала;

газа, содержащегося в порах материала;

конвективной и ра диационной составляющих. Для получения материалов с низким коэффициен том теплопроводности необходимо, чтобы доли теплопроводности твердой фа зы, конвективной и радиационной составляющих общего коэффициента были минимизированы.

На основании проведенного теоретического анализа было установлено, что теплоизоляционный материал с низким коэффициентом теплопроводности мо жет быть получен при выполнении следующих условий: структура материала тонковолокнистая, пористая, с равномерно распределенными несферическими порами, величина которых не превышает 3 мм, плотностью от 50 до 75 кг/м3.

С учетом приведенных требований была разработана теоретическая струк тура теплоизоляционного материала на основе древесных волокон. За структур ную единицу была принята отдельная клетка хвойной древесины трахеида (рису нок 1). На основании проведенных расчетов было установлено, что теоретически минимально возможная плотность волокнистого материала составляет 13,43 кг/м3.





Однако при таком значении плотности величина коэффициента теплопроводности будет большая, ориентировочно более 0,05 Вт/м· 0С. Кроме того, при полученной плотности невозможно обеспечить эксплуатационную прочность материала.

Рисунок 1 – Модель структуры волокнистого материала с минимальной плотностью Для получения материала с плотностью в диапазоне от 50 до 75 кг/м3, обеспечивающей минимальную теплопроводность, были проведены расчеты по определению необходимого числа древесных волокон в выбранной модели структуры. Установлено, что для получения требуемой плотности необходимо, чтобы единичная структурная модель содержала от 14 -ти (рисунок 2а) до 22 -х волокон (рисунок 2б). При такой модели структуры кроме заданной плотности достигается равномерное распределение мелких пор (размером менее 3 мм), а также образуется тонковолокнистая структура материала.

а б Рисунок 2 –Модели пористых структур: а –модель материала плотностью 50 кг/м3, б – модель материала плотностью 75 кг/м3.

Технически получение теоретических структур возможно осуществить та ким способом, который при протекании физических или химических процессов позволит насыщать теплоизоляционный материал газообразными веществами.

Последние, обладая более низкой плотностью и теплопроводностью, позволят регулировать плотность и теплопроводность материала.

На основании анализа, для получения материала, обладающего пористой структурой, был выбран низкотемпературный способ аэрирование. Для его осу ществления в состав композиции вводится раствор поверхностно-активных ве ществ (ПАВ). Смешение компонентов материала должно выполняться в смесителе, который обеспечивает хорошую гомогенизацию массы.

Пористая структура, полученная при использовании ПАВ, является неустой чивой. Для предотвращения разрушения сформированной структуры материала, в состав композиции было предложено вводить связующее вещество.

При введении связующего в массу материала происходит его нанесение на поверхность древесных волокон. Это позволяет образовать физико-химические связи с большой энергией между волокнами древесины. В процессе аэрирования связующее также насыщается воздухом. В результате этого одновременно с обра зованием каркаса пористой структуры из волокон древесины происходит форми рование многочисленных клеевых соединений между волокнами вокруг пор, при отверждении которых и происходит фиксация структуры материала.

Этот механизм подтвержден исследованиями, в которых определялось время разрушения пеноструктуры в зависимости от количества связующего вещества, введенного в композицию (рисунок 3).

Рисунок 3 – Зависимость времени разрушения половины высоты столба пены от количества связующего Как следует из полученных зависимостей, введение в композицию связую щего увеличивает время разрушения, и, как следствие, устойчивость сформиро ванной структуры. Таким образом, введение связующего в композицию будет способствовать уменьшению усадки материала.

В третьей главе приводится описание методик проведения экспериментов, подготовки образцов. Физико-механические испытания и испытания по уско ренному определению сорбционной влажности и водопоглощению проводи лись по методике ГОСТ 17177 – 94. Класс эмиссии образцов оценивался по ГОСТ 27678 – 88 и ГОСТ 10632 – 2007. Коэффициент теплопроводности определялся методом стационарного теплового потока по ГОСТ 7076 – 99.

Определение групп горючести полученных теплоизоляционных материалов проводилось по ГОСТ 12.1.044. – 89.

В четвертой главе приведены результаты исследований по определению состава композиций для изготовления теплоизоляционных материалов, а также технологических параметров их получения.

Для получения теплоизоляционных материалов были отобраны три вида во локнистых наполнителей: древесное волокно;

готовый продукт, получаемый на основе макулатуры – «Эковата»;

волокнистая масса из тарного картона. А также были отобраны три вида связующих веществ: связующее на основе смолы КФ – МТ – 15, термопластичный клей ПВА, двухупаковочный бутадиен стирольный латексный клей. Для создания пористой структуры материала в со став композиций вводился раствор синтетического пенообразователя.

В соответствии с испытаниями по определению класса эмиссии образцов, из готовленных с использованием смолы КФ–МТ–15, этот вид связующего был ис ключен из дальнейших экспериментов, как не выдержавшее экологических требо ваний.

На основе отобранных ингредиентов были составлены пять вариантов ком позиций для изготовления волокнистых теплоизоляционных материалов. Иссле дования проводились методом математического планирования экспериментов с использованием В-3 плана Бокса. В качестве выходных величин были выбраны стандартные физико-механические показатели для теплоизоляционных материа лов: плотность материала, прочность на сжатие при 10 % - ной линейной де формации, предел прочности при статическом изгибе. Значения выходных вели чин были ограничены допустимыми пределами варьирования: плотность от до 75 кг/м3, прочность на сжатие при 10 % - ной линейной деформации – не ме нее 0,015 МПа, предел прочности при статической изгибе – не менее 0,1 МПа. На основании выполненных экспериментов установлено, что предъявляемым требо ваниям удовлетворяют материалы, изготавливаемые на основе следующих двух композиций: древесное волокно – клей ПВА, волокнистая масса из тарного кар тона – клей ПВА.

Для прогнозирования свойств, получаемых плитных материалов в зависи мости от соотношения исходных компонентов смесей, были произведены даль нейшие эксперименты. Они проводились с помощью плана для исследования свойств смесей (план Шеффе третьего порядка). Значения исходных компонен тов, в пересчете на сухое вещество, их интервалы и уровни варьирования приве дены в таблицах 1,2. В качестве критерия для определения уровней варьирова ния использовался параметр текучесть смеси, который определялся органолеп тически.

Таблица 1 – Исходные данные для композиции с древесное волокно – клей ПВА для плана Шеффе Уровни Обо Варьиру- нижний верхний 1 зна емые 0 3 3 + че факторы мас.ч / мас. мас.ч. мас. мас.ч. мас. мас.ч. мас.

ния % % /% % /% % /% % Количе ство Х1 * 71 10,50 78,89 12,44 86,78 14,65 94,67 17, наполни теля Количе Х 2 * 454,67 82,62 504,67 85,20 554,67 87,44 604,67 89, ство воды Количе ство свя- Х 3 ** 1 0,10 3 0,34 5 0,61 7 0, зующего Примечание. * - содержание фактора выражено в мас. ч.;

** - содержание фактора выражено в %.

Таблица 2 – Исходные данные для композиции волокнистая масса из тарного картона – клей ПВА для плана Шеффе Уровни Обо Варьиру- нижний верхний 1 зна емые 0 3 3 + че факторы мас.ч / мас. мас.ч / мас. мас.ч / мас. мас.ч / мас.

ния % % % % % % % % Количе ство Х1 50,76 4,89 65,80 8,35 80,84 10,08 95,88 14, наполни теля Количе Х 2 586,68 85,83 720,01 89,82 853,35 92,77 986,68 95, ство воды Количе ство свя- Х3 1 0,05 3 0,25 5 0,33 7 0, зующего Примечание. * - содержание фактора выражено в мас. ч.;

** - содержание фактора выражено в %.

Результаты выполненных экспериментов представлены в виде диаграмм «Состав – свойство» (рисунки 5, 6).

[10], МПа, кг\м а б [изг], МПа в Рисунок 5 – Диаграммы «Состав-свойство» композиции на основе древес ного волокна: а – плотность материала, б – прочность на сжатие при 10 %-ной линейной деформации, в – предел прочности на изгиб [10], МПа, кг\м а б [изг], МПа в Рисунок 6 – Диаграммы «Состав-свойство» композиции на основе волок нистой массы из тарного картона: а – плотность материала, б – прочность на сжа тие при 10 %-ной линейной деформации, в – предел прочности на изгиб На рисунках 5,6 штриховкой обозначены области варьирования исходных компонентов композиций, которые обеспечивают получение материалов с тре буемыми свойствами.

На рисунке 7 приведена принципиальная схема производства теплоизоля ционных материалов.

Для отработки режимных параметров производства теплоизоляционных плит были проведены следующие исследования.

Древесное волокно, используемое для производства теплоизоляционных плит, получали путем размола в дефибраторе. После этой операции оно сразу поступало в технологию. Вторичное волокно из тарного картона получали мок рым способом путем механического размола в гидроразбивателе. Для обеспече ния высокого качества размола концентрация волокна составляет от 2 до 2,5 %, что соответствует абсолютной влажности от 4000 до 5000 %. Высокая исходная влажность предопределяет необходимость проведения процедуры вакуумного обезвоживания волокнистой пульпы. Динамика изменения влажности волокни стой пульпы представлена на рисунке 8. Полученные зависимости позволили установить необходимое время вакууммирования массы.

В соответствии с выбранным способом создания теплоизоляционных материа лов смешение компонентов смесей осуществлялось в смесителе ленточного типа.

Рисунок 7 – Принципиальная схема производства теплоизоляционных материалов: – - исходное сырье щепа, – – - исходное сырье картон Рисунок 8 – Динамика процесса вакуумного обезвоживания В процессе конвективной сушки изготавливаемых материалов происходит синерзис жидкости из межпорового пространства между волокнами и ее испа рение, а так же диффузия воздуха по материалу. В результате этого пористая структура разрушается, что влечет за собой усадку материала, повышение его плотности и теплопроводности. Было исследовано влияние ряда факторов, определяющих величину усадки материалов. Определены их значения, при ко торых усадка материала была минимальной.

Зависимость усадки материала от концентрации пенообразователя представ лена на рисунке 9.

Рисунок 9 – Зависимость усадки материала от концентрации пеннобразователя Для достижения минимальной усадки материала в процессе его конвек тивной сушки концентрация пенообразователя должна поддерживаться в пре делах от 0,25 до 0,27 %.

Отработка режимных параметров процесса сушки теплоизоляционных мате риалов выполнялась в экспериментальной сушильной установке конвективного типа, которая позволяла регулировать температуру и скорость сушильного агента.

Сушка сформованной массы материала выполнялась в специальной форме с сет чатым дном и теплоизолированными боковыми поверхностями, что позволяло имитировать характер процесса в центре древесной плиты.

На рисунке 10 представлена зависимость усадки материала от скорости су шильного агента. Наименьшая усадка образцов теплоизоляционного материала (около 7 %) наблюдалась при скорости 2 м/с.

Рисунок 10 – Зависимость усадки материала от скорости сушильного агента При определении температурного режима процесса сушки были учтены следующие ограничения. Максимальная температура процесса ограничивалась температурой стеклования полимера и процесса полимеризации эмульсии по ливинилацетата – 90 0C. В качестве минимальной была принята температура 40 0С. Меньшие значения температуры сопряжены с излишне большой про должительностью процесса сушки материала.

На рисунке 11 приведены зависимости величины усадки материалов от температуры процесса сушки. Большая усадка (10 %) наблюдалась при темпе ратуре сушильного агента 60 0С, при температуре 90 0С – наименьшая (около %). Это объясняется тем, что скорость полимеризации при более высокой тем пературе агента сушки выше. При температуре 40 0С усадки у образцов не наблюдалось, так как процесс испарения протекал медленно и процесс отвер ждения связующего не происходил. Таким образом, рекомендуемая темпера тура сушки теплоизоляционных материалов должна поддерживаться на уровне 90 0С.

Рисунок 11 – Зависимость усадки материала от температуры сушильного агента С помощью экспериментальной сушильной установки было проведено ис следование динамики процесса сушки сформованного плитного материала. На рисунке 12 представлен график процесса сушки. Зависимость носит экспонен циальный характер. Такая зависимость изменения влажности во времени харак терна для каппилярнопористых тел.

При отработанных режимных параметрах процесса сушки высушивание материала стандартной толщины 50 мм до эксплуатационной влажности (10 ±12) % может выполняться за 800 мин (около 14 ч).

Рисунок 12 – Кривая процесса сушки плитного теплоизоляционного материала В пятой главе представлены результаты исследований свойств теплоизо ляционных материалов, полученных на основе двух лучших композиций. Были изучены микроструктура, теплопроводность материала, его гигроскопические, эксплуатационные свойства и определена группа горючести.

На рисунке 13 представлены микрофотографии образцов теплоизоляционных материалов. Было установлено, что структура данных материалов пористая, одно родная, тонковолокнистая. Она образована преимущественно единичными волок нами. Поры имеют неправильную форму, их размер не превышает 3 мм. Возмож ность образования такой структуры, была спрогнозирована во второй главе.

а б Рисунок 13– Микроструктура теплоизоляционного материала:

а - на основе древесного волокна (х200), б - на основе волокнистой массы из тарного картона (х300) Для оценки эффективности теплоизоляционных материалов были исследо ваны коэффициенты их теплопроводности методом стационарного теплового потока. Установлено, что у материала на основе древесного волокна коэффици ент теплопроводности составляет 0,046 Вт/м·0С, у материала на основе волокни стой массы из тарного картона – 0,051 Вт/м·0С. В соответствии с существующей классификацией полученные теплоизоляционные материалы были отнесены к классу материалов с низкой теплопроводностью, то есть их коэффициенты теп лопроводности менее 0,06 Вт/м·0С.

Исследованы гигроскопические свойства теплоизоляционных материалов.

Были определены водо- и влагопоглощение материалов за 24 ч, а так же предел гигроскопичности при сорбции и десорбции. В таблице 3 приведены результаты определения водо- и влагопоглощения материалов.

Таблица 3 – Водо-, влагопоглощение теплоизоляционных материалов Водопоглощение, Влагопоглоще Композиция % по объему ние, % Древесное волокно – клей ПВА 83,51 10, Волокнистая масса из тарного картона – 87,82 11, клей ПВА Величина влагопоглощения близка к значению аналогичного показателя у натуральной древесины.

Определение предела гигроскопичности теплоизоляционных материалов про водилось методом длительного выдерживания в гигростатах с известной относи тельной влажностью воздуха. По результатам экспериментов были построены изо термы сорбции и десорбции (рисунки 14, 15).

Рисунок 14 – Изотермы сорбции и десорбции образцов материала на основе древесного волокна Рисунок 15 – Изотермы сорбции и десорбции образцов материала на основе волокнистой массы из тарного картона Полученные результаты свидетельствуют о том, что даже при длительной выдержке в среде с высокой относительной влажностью (95 %), материалы не достигают предела гигроскопичности, то есть влажности 30 %. При такой абсо лютной влажности изменения фазового состояния содержащейся в материалах влаги при отрицательных температурах не происходит. Следовательно, в усло виях отрицательных температур разрушение структуры теплоизоляционных материалов, вызванные замораживанием влаги, не произойдет.

Таким образом, капиллярно-пористая структура полученных теплоизоля ционных материалов позволяет легко сорбировать и десорбировать влагу при измении влажности окружающего воздуха.

Эксплуатационные характеристики полученных теплоизоляционных мате риалов оценивались в соответствии с расчетом сопротивления паропроница нию. Расчеты выполнены для условий г. Красноярска, для конструкции стены, представляющую собой сэндвич-панель, состоящую из двух плит OSB, толщи ной 10 мм, теплоизоляционной древесной плиты, изготовленной из предлагае мых нами композиций, толщиной 130 мм. Установлено, что количество влаги, которое может накопиться в такой стене в зимний период составит около 2,45 кг/м2. Количество влаги, которое способно удалиться через эту стену в ве сенне-летний период – 4,8 кг/м2. Следовательно, при эксплуатации стены такой конструкции накопление в ней избыточной влаги и разрушение, вызываемое воздействием отрицательных температур, не произойдет.

Группа горючести теплоизоляционных материалов является одним из по казателей, определяющих их эксплуатационные свойства. Для их обеспечения необходимо, чтобы материалы относились к группе трудногорючих. Испытания по определению огнестойкости материалов оценивались по величине потери массы образцов при сжигании, а так же по времени достижения ими макси мальной температуры при горении. На основании выполненных экспериментов установлено, что даже поверхностная обработка теплоизоляционной плиты ог незащитным составом позволяет перевести ее в группу трудногорючих матери алов.

В шестой главе приведен расчет затрат на производство теплоизоляцион ных древесных плит. В расчетах были учтены только затраты на сырье, мате риалы и энергию. Для теплоизоляционных материалов, изготавливаемых из древесного волокна, получаемого из собственных древесных отходов предпри ятия в виде щепы, затраты составят 458,53 руб. за 1м3. Для теплоизоляционных материалов на основе волокнистой массы из тарного картона – 1039,89 руб. за 1м3. Таким образом, экономически более выгодно изготавливать древесные теплоизоляционные плиты на основе древесного волокна.

Общие выводы и рекомендации 1 Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность получения древесных теплоизоляционных плит с низкой теплопроводностью. Это достижимо при создании пористой структуры материала, с тонковолокнистой твердой фазой, образующей его каркас и равномерно распределенными мелкими несферическими порами, размер которых не должен превышать 3 мм.

2 Плотность волокнистых теплоизоляционных материалов, обеспечиваю щая минимальный коэффициент теплопроводности составляет от 50 до 75 кг/м3. Получение материала такой плотности возможно способом аэрирова ния, с использованием поверхностно-активных пенообразователей. Для стаби лизации полученной пористой структуры необходимо использовать полимер ные связующие вещества.

3 На основании экспериментальных исследований установлены составы ком позиций, обеспечивающих получение теплоизоляционных материалов с требуемы ми свойствами. Для плит, изготавливаемых на основе древесного волокна, соот ношение исходных компонентов материала должно выдерживаться в следующих диапазонах: волокнистый наполнитель – от 11 до 14 мас. %, связующее вещество (клей ПВА) – от 0,1 до 0,3 мас. %, отвердитель – 0,01 мас.%, вода – 85 до 89 мас. %, пенообразователь – 0,01 мас.%. Для плит, изготавливаемых на основе волокнистой массы из тарного картона соотношения компонентов следующее: волокнистый наполнитель – от 10 до 14 мас. %, связующее вещество – 0,2 до 0,5 мас. %, отвер дитель – 0,01 мас.%, вода – от 85 до 89 мас. %, пенообразователь – 0,01 мас.%.

4 Разработана принципиальная технологическая схема производства теп лоизоляционных древесных плит. Отработаны режимы подготовки волокни стых наполнителей для изготовления материалов. Установлено, что минималь ное разрушение структуры и усадка изготавливаемых теплоизоляционных ма териалов обеспечиваются при концентрации пенообразователя в композиции от 0,25 до 0,27 %. Отработаны режимные параметры процесса конвективной сушки материалов, которые должны поддерживаться в следующих пределах:

скорость агента сушки – 2 м/с, температура – 90 0С, минимальная продолжи тельность сушки до эксплуатационной влажности (10 ±12) % около 14 ч.

5 Коэффициент теплопроводности теплоизоляционного материала на основе древесного волокна составляет 0,046 Вт/м·0С, на основе волокнистой массы из тар ного картона – 0,051 Вт/м·0С. При существующей классификации такие материалы относятся к классу материалов с низкой теплопроводностью (менее 0,06 Вт/м·0С).

6 Прочность теплоизоляционных материалов по ГОСТ 17177 – 94 на сжатие при 10 % –ной линейной деформации – от 0,02 до 0,03 МПа, при изгибе – от 0, до 0,2 МПа.

7 Величина водо- и влагопоглощения теплоизоляционных материалов за 24 ч составляют соответственно 85 % и 11 %. Величина влагопоглощения близка к значению аналогичного показателя у натуральной древесины. Предел гигроско пичности теплоизоляционных материалов при сорбции составляет 22 %, при де сорбции – 26 %. При такой абсолютной влажности при отрицательных темпера турах изменения фазового состояния содержащейся в материалах влаги не происходит.

8 При эксплуатации теплоизоляционных материалов в составе ограждающей конструкции толщиной 150 мм (две наружные плиты OSB по 10 мм и 130 мм тепло изоляционного материала внутри) в условиях г. Красноярска образующаяся за зим ний период в стене конденсационная влага полностью удаляется за весенне-летний период. Следовательно, накопление влаги в ограждающей конструкции не происхо дит.

9 Затраты на производство теплоизоляционных древесных плит на основе древесного волокна, с учетом затрат на сырье, материалы, тепловую и электри ческую энергию, составляет 458,53 руб. за 1 м3 плит.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1 Ермолина, А. В., Миронов, П. В. Теплоизоляционный материал на осно ве древесно-волокнистых продуктов [Текст] / А. В. Ермолина, П. В. Миронов // Химия растительного сырья. – 2011. – № 3. – С. 197-200.

2 Ермолина, А. В., Миронов, П. В. Получение и свойства теплоизоляцион ного материала на основе вторичной волокнистой массы [Текст] / А. В. Ермолина, П. В. Миронов // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2011. – № 4. – С. 109-114.

3 Ермолина, А. В., Миронов, П. В. Состав для получения теплоизоляци онных материалов на основе древесных волокон [Текст] / А. В. Ермолина, П. В. Миронов // Молодые ученые в решении актуальных проблем науки :

всероссийская научно-практическая конференция : сб. ст. студентов и молодых ученых. т. 1. – Красноярск : СибГТУ, 2009. – С. 278-281.

4 Ермолина, А. В., Миронов, П. В. Теплоизоляционные материалы на осно ве синтетического связующего и волокнистых продуктов переработки древесины [Текст] / А. В. Ермолина, П. В. Миронов // Молодые ученые в решении актуаль ных проблем науки : всероссийская научно-практическая конференция : сб. ст.

студентов и молодых ученых. т. 1. – Красноярск : СибГТУ, 2009. – С. 281-283.

5 Ермолина, А. В., Миронов, П. В. Исследование физико-механических свойств теплоизоляционных материалов на основе древесноволокнистых про дуктов [Текст] / А. В. Ермолина, П. В. Миронов // Лесной и химический ком плексы – проблемы и решения : сб. ст. по материалам всероссийской научно практической конференции. т. 2. – Красноярск : СибГТУ, 2010. – С. 175-180.

6 Миронов, П. В., Ермолина, А. В. Теплоизоляционные материалы: поро пласты на основе синтетического связующего и волокнистых продуктов пере работки древесины [Текст] / П. В. Миронов, А. В. Ермолина // Актуальные проблемы лесного комплекса / под. ред. Е. А. Памфилова : сб. науч. трудов по итогам международной научно-технической конференции. вып. 24. – Брянск :

БГИТА, 2009. – С. 120-123.

7 Ермолина, А. В., Миронов, П. В., Бывшев, А. В. Получение теплоизоляци онного плитного материала на основе древесного волокна [Текст] / А. В. Ермоли на, П. В. Миронов, А. В. Бывшев // Актуальные проблемы лесного комплекса / под. ред. Е. А. Памфилова : сб. науч. трудов по итогам международной научно технической конференции. вып. 25. – Брянск : БГИТА, 2010. – С. 186-189.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах с подписью, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 660049, г.Красноярск, пр. Мира, 82, Сибирский государственный технологический университет, ученому секретарю диссертационного совета.



 

Похожие работы:





 
2013 www.netess.ru - «Бесплатная библиотека авторефератов кандидатских и докторских диссертаций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.